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碳纖維加固混凝土(tǔ)結構的研究

發布時間:2018-12-27 09:40:51發布作者(zhě):施邦實業文章來(lái)源:施邦實業(yè)

一、抗彎加固性能
在混凝土結構的(de)受拉區粘貼碳纖維,可有效提高其承載能力,抑(yì)製裂縫擴(kuò)展。碳纖維加固後混凝土(tǔ)結構的破壞特征(zhēng)與普通混(hún)凝(níng)土結構(gòu)以及粘鋼加固(gù)的混凝土結構有較大(dà)的區(qū)別,其承(chéng)載力的計算方法也不相同。國內外學者的研究主要集中在碳纖維加固混凝(níng)土梁的抗彎性能、破壞形態、承載(zǎi)力計算(suàn)、影響參數(shù)以及碳(tàn)纖(xiān)維加固後混凝土梁(liáng)的截(jié)麵變形、裂縫開展(zhǎn)等方麵。近幾年來,不少學者對負載(zǎi)狀態(tài)下碳纖維加固梁展開了受力(lì)性能試驗研究和理(lǐ)論分析,試圖建立考慮二次受力的抗彎承載力計算方法、滯後應變及跨中撓度的計算公式。


二、抗剪加固性能
在混凝土梁的受剪區側麵(miàn)粘貼碳纖維(wéi)能有效提高其抗剪能力(lì),工程中常用的受剪(jiǎn)加固方法有側麵粘貼、U型粘貼和(hé)包裹粘貼3 種方(fāng)式,其中以包裹粘貼(tiē)效果最好。影響碳纖維抗剪加固性能(néng)的主要參數有梁的配箍(gū)率、混凝土強度、碳纖維配筋率、梁的剪跨比、碳纖(xiān)維的粘貼方式與錨固(gù)性能、碳纖維及粘結膠本身的材料性能等。目前,國內外對抗剪加固的研究主要(yào)包括破壞機製和承載力的(de)計算等方麵,其中承(chéng)載力計(jì)算的理論模型,一般是在(zài)鋼筋混凝土構件桁架理論模型的基礎上,增加碳纖維對抗剪承載(zǎi)力貢獻(xiàn)項。


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三、抗震(zhèn)加固性能
通過外包碳纖維約(yuē)束塑性鉸區(qū)混凝土以提高混凝土的極(jí)限壓應變,可提高構件延性,有利(lì)於(yú)結構的抗(kàng)震加固。目前國內外不少(shǎo)學(xué)者進行了外包碳(tàn)纖維加固混凝土柱、梁柱(zhù)節點乃至框架的抗(kàng)震(zhèn)性能(néng)試驗研究、理論分析和工程應用研究,提(tí)出了相應的碳纖維約束混凝土應力-應變關係的計算模型。


研究表明,側向(xiàng)約束模量和側(cè)向約束強度是(shì)影響碳纖維(wéi)約束混凝土結構延性特(tè)征和滯回耗能性能的兩個(gè)重要(yào)參數。此(cǐ)外,研究在(zài)鋼管混凝土和套管混凝土的研究基礎上,首次提出了約束鋼管混凝(níng)土的概(gài)念,在這種新型鋼管混凝土柱中,為(wéi)增強結構的抗震(zhèn)性(xìng)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(xiào)地防止或延(yán)遲鋼管混凝土柱中通長的鋼管在塑性(xìng)鉸區域發生局(jú)部屈曲,提高了結構的承載性能與延性,從而改善抗震性(xìng)能。國內外已有許多應用碳纖(xiān)維加固房屋結構柱與橋柱的成功案例。為(wéi)方便(biàn)施工(gōng),還開發出了碳纖維自動纏(chán)繞係統(tǒng)。


四、抗疲勞加(jiā)固(gù)性能
碳纖維片材(cái)加固構件的疲勞分為彎曲(qǔ)疲勞和(hé)剪切疲勞(láo)2種(zhǒng),根據荷載形式又可分為常幅(fú)荷載和變(biàn)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(kàng)疲勞能力有關外,還與碳纖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疲(pí)勞破壞能力有關。混凝土抗(kàng)彎疲(pí)勞理論可以用來評價原有混凝土結構(gòu)的抗疲勞能力,碳纖維片材自身的抗(kàng)疲勞能力(lì)可以通過材料力學實驗解決,但關於碳纖維片(piàn)材(cái)與混(hún)凝土的(de)界麵的抗疲勞破壞能力的研究積累甚少,目前(qián)僅有少量試驗結果,這些研究表明,在重複、移動荷載(zǎi)作用下,界麵(miàn)的粘結能力有下降的趨(qū)勢。


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五、預應力技術
對於(yú)撓度過大的受(shòu)彎構件或開裂嚴重的混凝土梁(liáng)、板,簡單的碳纖維貼片加固法難(nán)以有效地(dì)增強其剛度,材料的(de)作用得不到充分利用。采用預應力(lì)碳纖(xiān)維加固技術可平衡加固梁的部分荷載(zǎi),有效減少加固梁的撓(náo)度(dù)變形,延緩梁(liáng)開裂,減少裂縫寬度(dù),降低早期剝離破壞的可能性,提高梁的承載力。目(mù)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藝、端部錨固措(cuò)施、預應力損失及承載(zǎi)力計算(suàn)、界(jiè)麵應力傳遞及抗疲勞性能等方麵進行了一些(xiē)試驗研究和理論分析,並開始了工程實際應用。


六、耐久性加固(gù)性能
國內外對碳纖(xiān)維加固混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(lèi)型(梁、柱)、碳纖維類(lèi)型(AFRP,CFRP,GFRP)、粘貼方式(環向、軸向(xiàng))、環境類型(室溫、幹濕、凍融)、樹脂類(lèi)型等。研究表明,在惡劣環境下CFRP比GFRP性能好,幹濕作用下,CFRP約束試件的強度與延性沒有降低,剛度得到(dào)提高,而GFRP約束試件的強度與延性都(dōu)降低了,剛度未受影響;凍融循(xún)環作(zuò)用下,CFRP和GFRP約束試件的強度與延性顯著降(jiàng)低,剛度未受影響(xiǎng),與室溫及幹濕循環作用下試(shì)件相比,受(shòu)凍融作用試件的破壞方式更具災害性。海水腐蝕後,普通鋼筋混凝土(tǔ)梁、柱與CFRP加固鋼筋混凝土梁、柱的承(chéng)載力都降低,但CFRP加固混凝土梁的剛(gāng)度幾(jǐ)乎未受到任何影響。


七、砌體(tǐ)結構加固性能
國外大量(liàng)文獻研究了碳纖維片材加固混凝土砌塊牆與磚牆的抗剪性能、平麵外與平麵內抗(kàng)彎性能、沿通縫的抗(kàng)剪性能、單(dān)調荷載作用下的短期力學性能、低周往複荷載試驗以及模擬地震(zhèn)荷載試驗,並給(gěi)出了碳纖維加固砌體結(jié)構的設(shè)計建議(yì);


對采用(yòng)碳纖維纏繞(rào)加固磚柱的力學(xué)性能、磚拱和穹頂的加固性(xìng)能也進行了研(yán)究。試驗結果表明,牆(qiáng)體的破壞形式由加固前的脆性剪切破(pò)壞變成了加固後延性彎曲破壞(huài),極(jí)大提高牆(qiáng)體的變形能力(lì)、強度和延性,能有效減小剪切(qiē)變形,改善結構整體的延性與抗震性(xìng)能,提高砌體結(jié)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(gù)後(hòu)的牆片在平麵內水平低周反複荷載作(zuò)用下的抗震性能研究上,研究結果表明,碳纖維加固能(néng)夠明顯提高牆體的平麵內水(shuǐ)平抗剪強度,增(zēng)強變形能力(lì),改善結構的延性。


八、鋼結構加固性能
碳纖維除了(le)用於鋼結構的防(fáng)腐蝕、防老化及(jí)其他(tā)一般性的加固外,對鋼結構建築(zhù)及鋼製品等的加固方法革(gé)新也越來越成為(wéi)人們所關心的問題。目(mù)前研(yán)究(jiū)重點(diǎn)主要(yào)圍繞碳纖維對(duì)鋼結構的失穩(wěn)加固、界麵黏(nián)結性能及荷載(zǎi)的傳遞(dì)效應、承載力計算方法以及加固後抗(kàng)疲勞性能等方麵開展。


九、其他加固性能
麵對以(yǐ)爆炸為(wéi)主的恐怖主義(yì)以及人為災害日趨嚴(yán)重的威脅,結構抗爆逐漸成為研究的熱點,碳纖(xiān)維由於其眾多優越性,在結構抗爆中有廣闊的應用前景。已有的研究成果(guǒ)表明,碳纖(xiān)維用(yòng)於抗爆加固可有效提高構件和結構的抗爆性能抗衝擊以(yǐ)及(jí)抗人為災害(hài)性能。國內外一(yī)些學者(zhě)對碳纖維加固火災後(hòu)混凝土結構、碳纖維(wéi)加固結構的抗扭性能、可靠性以及加固木結(jié)構、節點(diǎn)、隧道等特種結構(gòu)均做了一(yī)些研究。




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