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碳纖維加固混凝土結構的研究

release time:2018-12-27 09:40:51Post author:施邦實業Article Source:施邦(bāng)實業

一、抗彎加固性能
在(zài)混凝土結構的受拉區粘貼碳纖(xiān)維,可(kě)有效提高(gāo)其承載能力,抑製裂(liè)縫擴展(zhǎn)。碳纖維加固後混凝土結構的破壞特征與普通混凝土結構(gòu)以及粘鋼加固的混(hún)凝土結(jié)構有較大的區(qū)別(bié),其承載力(lì)的計算方法也不相同。國內(nèi)外學者的研究主要集中在碳纖維(wéi)加固混凝土梁的抗(kàng)彎(wān)性能、破壞(huài)形態、承載力計算、影響(xiǎng)參數以及碳纖(xiān)維加固後(hòu)混凝(níng)土梁的(de)截麵變形、裂縫開展等方麵。近幾年來,不少學者對負(fù)載狀態(tài)下(xià)碳纖維加固梁展開了受力性能試驗研究和理論分析,試圖建立考慮二次受力的抗彎承載力計算方法、滯(zhì)後應變及跨中撓度的計算公式。


二、抗剪加固性能(néng)
在混凝土梁的受剪區側麵粘貼碳(tàn)纖維能有效提高其抗剪(jiǎn)能力(lì),工程中常用的受剪加(jiā)固方法有側麵粘貼、U型(xíng)粘貼和包裹(guǒ)粘貼3 種方式,其中(zhōng)以包裹粘貼效果最好。影(yǐng)響碳(tàn)纖維抗剪加固性能的主要參數有梁的配箍率、混凝土強度、碳纖維配筋率(lǜ)、梁的剪跨比、碳纖維的(de)粘貼方式與(yǔ)錨固(gù)性能(néng)、碳纖維及粘結膠本身的材料性能等。目(mù)前(qián),國內(nèi)外對抗剪加固的研究主要包括破壞機製和承載力的計算等方麵,其中承載力計算的理論模型,一(yī)般是在鋼筋混凝土構(gòu)件桁架理論模型的基礎上,增加碳纖維對抗剪承載力貢獻項。


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三、抗震加固性能
通過外包碳纖維約束塑性鉸區混凝土(tǔ)以提高(gāo)混凝土的極限壓應變,可提高構件延性,有利(lì)於結構(gòu)的抗震加固。目(mù)前國內外不少學者進行了外包碳纖維加固(gù)混凝土(tǔ)柱、梁柱節點乃至框架的抗震性能試驗研究、理(lǐ)論分析和工程應用研究(jiū),提出了相應的碳纖維約束混凝土應力-應變關係的計(jì)算模型。


研究(jiū)表明,側向約束模量(liàng)和側向約束強度是影響碳纖維約束混凝土結構延性特征和滯回耗能性能的兩個重(chóng)要參數。此(cǐ)外,研究在鋼管混凝土(tǔ)和套(tào)管混凝土的研究基礎上,首次提出了約束鋼管混凝土(tǔ)的概(gài)念,在(zài)這種新型鋼管混凝(níng)土柱中,為增強結構的抗震性能,在可能出現塑性鉸的部位設置了碳纖維橫向附加約束。附加套箍能有效地防止或延遲鋼管混凝土柱(zhù)中(zhōng)通長的鋼管在塑性鉸區域發生局部屈曲,提(tí)高了結構的承載性能與(yǔ)延(yán)性,從而改善抗震性能。國內外(wài)已有許多應用碳纖維加固(gù)房屋結構柱(zhù)與橋柱的成功案例。為方便施工,還開發出了碳(tàn)纖維自動纏繞係統。


四、抗疲(pí)勞加固性能(néng)
碳纖維片材加固構件的疲勞分為彎曲(qǔ)疲勞和剪切疲勞2種(zhǒng),根據荷載(zǎi)形式又可分為(wéi)常幅荷載(zǎi)和變幅荷載下的疲勞問題。碳纖維片材加固構件的疲勞強度,除了與原有混凝土結構的抗疲勞能力有(yǒu)關外,還與(yǔ)碳纖(xiān)維加固部分的疲勞斷裂能力以及碳纖維片材與混凝土界麵的抗(kàng)疲勞破壞能力有關。混凝土抗彎疲勞理論可以用來評價原(yuán)有混凝土結構的抗疲勞能力(lì),碳(tàn)纖維片材自身的(de)抗疲勞能(néng)力可以通過材料力學實驗解決,但關於碳纖維片材與混凝土的(de)界麵的抗疲(pí)勞破壞能力的研究積累甚少,目前僅有少量試(shì)驗結果,這(zhè)些研(yán)究表明,在重複、移動荷載作用下,界麵的粘結(jié)能(néng)力(lì)有下降的(de)趨勢。


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五、預應力技術
對於撓度過大的(de)受彎構件或開裂嚴重的混凝土梁、板(bǎn),簡單的碳纖維貼片加固法難以有效地(dì)增強其剛度(dù),材料的作用得不到充分利用。采用預應力碳纖維加固技術可平(píng)衡加固梁的部分荷載,有效減少加固梁(liáng)的撓度變形,延緩梁開裂,減少裂縫寬度,降(jiàng)低早(zǎo)期剝離破壞的可能性,提(tí)高梁的承載力。目前,一些學者對碳纖維預應力加固技術在不同負載下的碳纖維預應力張拉工(gōng)藝、端部錨固措施(shī)、預應力損失及承載力計算、界麵應力傳遞及抗疲勞性能等方麵進(jìn)行(háng)了一些試驗研究和理論(lùn)分析,並開始了工程實際應用。


六、耐久性加固性能
國內外對碳纖維加固混(hún)凝土構件的耐久性能開展了多項內容的試驗研究,研究參數包括構件類型(梁(liáng)、柱)、碳纖維類型(xíng)(AFRP,CFRP,GFRP)、粘貼方式(環向、軸向(xiàng))、環境類型(室溫、幹濕、凍融(róng))、樹脂類型等。研究表明,在惡劣環境下CFRP比GFRP性能好,幹(gàn)濕作用下,CFRP約束試件的強度與(yǔ)延性沒有降低,剛度得到提高,而(ér)GFRP約束試件的強度與延性都降(jiàng)低了,剛度未受影響;凍融循環作用下,CFRP和GFRP約束試件的強度與延性顯著降低,剛度未受影響,與室溫及幹濕循環作用下試件(jiàn)相(xiàng)比(bǐ),受凍融作用試件的破(pò)壞方(fāng)式更具災害性。海水腐蝕後,普通鋼筋(jīn)混凝土梁、柱與CFRP加固鋼筋混凝土(tǔ)梁(liáng)、柱的承載力都降(jiàng)低,但CFRP加固混凝土梁的剛度幾乎未受到任何影響。


七、砌(qì)體結(jié)構(gòu)加(jiā)固性能
國外大量文獻研究了碳纖維片材(cái)加固混凝土砌塊牆與磚牆的抗剪性能、平麵外與平麵內(nèi)抗(kàng)彎性能、沿通縫的抗剪性能、單調荷載作用下的短期力學性能、低周往複荷載試驗以及模(mó)擬地震荷(hé)載(zǎi)試驗,並給出(chū)了碳纖維加固砌體結構的設計建議;


對采用碳纖維(wéi)纏繞加固磚(zhuān)柱的力學性能、磚拱和(hé)穹頂的加固(gù)性(xìng)能也進行(háng)了研究。試驗結果表明,牆(qiáng)體的破壞形式由加固前(qián)的脆性(xìng)剪切破壞(huài)變成了加固後延性(xìng)彎曲破壞,極大提高牆體的(de)變形能力(lì)、強度和延性,能有效減小剪切變形,改善(shàn)結構(gòu)整體的延性與(yǔ)抗震性能,提高砌體結構的承載力。從國內研究現狀看,大部分的內容集中在碳纖維加固後的牆片在平(píng)麵內水平低周反複荷載作用下的抗震性(xìng)能研究上,研究結果表(biǎo)明,碳纖維(wéi)加固能夠(gòu)明顯提高牆(qiáng)體的平麵內水平抗剪強度,增(zēng)強變形能力,改善結構的延(yán)性。


八(bā)、鋼結構(gòu)加固性能
碳纖維除了用於鋼結構的防腐(fǔ)蝕、防老化及其他一般性的加固外,對鋼結構建築及鋼製品(pǐn)等的加固(gù)方法革新也越來(lái)越成為人們所關心的問題。目前研究重點主要圍繞碳纖維對鋼結構的失穩加固、界麵黏結性能及荷載的傳遞效應、承載力計算方法以及加固後抗疲勞性(xìng)能等方麵開展。


九、其他(tā)加固性能
麵對以(yǐ)爆炸為主的恐怖(bù)主義以及(jí)人(rén)為災(zāi)害日趨嚴重的威脅,結構抗爆(bào)逐漸成為(wéi)研究的熱點,碳纖維由於其眾(zhòng)多優越性,在結構抗爆中有(yǒu)廣闊(kuò)的應用前景。已有(yǒu)的(de)研究成果表明,碳纖維用(yòng)於(yú)抗爆加固可有效提高構件和結構的抗爆性能抗衝擊以及抗人為災害(hài)性能。國內外一(yī)些學(xué)者對碳纖維加固火災後混凝土結構、碳纖維(wéi)加固結構的抗扭(niǔ)性能、可靠性以及(jí)加固木(mù)結構、節點、隧道等特種結構均做了一些研究。




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