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碳纖維加固方法的適用性

2014-08-22

【學員問題】碳纖維加固方法的適用性?

【解答】碳纖維可成功地用于混凝土結構的抗震、抗剪和抗彎加固。但應該指出,由于碳纖維加固結構固有的一些受力特點,許多混凝土結構問題不適于用碳纖維進行加固,因此有必要對其適用性作出分析。

1、剛度問題

  當混凝土樓、屋蓋結構由于剛度不足,導致變形過大、開裂嚴重而影響使用時,不適合用粘貼碳纖維布的方法加固。研究表明,對于梁、板等橫向受力構件,當用碳纖維進行加固時,在正常使用極限狀態,碳纖維對結構剛度的提高作用小于10%,或基本沒有提高。

2、碳纖維抗彎加固的適用范圍

  當混凝土結構由于抗彎承載力不夠,采用碳纖維布進行加固時,加固結構的破壞形態一方面取決于原結構的配筋情況,另一方面取決于碳纖維的用量。現假設原結構為適筋構件,則加固結構的破壞形態可分為如下三種情況。

  ⑴碳纖維用量較少。破壞時受壓區邊緣混凝土壓碎,受拉鋼筋屈服,碳纖維可以達到較高的拉應變。

  ⑵碳纖維用量適中。破壞時受壓區邊緣混凝土壓碎,受拉鋼筋屈服,碳纖維可達到某一中等拉應變。

  ⑶碳纖維用量較多。破壞時受壓區邊緣混凝土壓碎,受拉鋼筋屈服,碳纖維應變很低。

  上述三種情況,第三種情況由于碳纖維用量大且強度利用率低,不宜采用。第一種加固方法適用于截面高度較大的梁,第二種加固方法適用于截面高度較小的板或扁梁。這主要是由于對板或扁梁而言,在碳纖維未達到很高的拉應變時,結構就可能由于變形過大而破壞。具體界限取決于碳纖維極限拉應變和加載方式。

3、抗扭問題

  關于用碳纖維材料進行混凝土結構的抗扭加固,目前國內外進行的研究很少。從混凝土結構的受扭破壞機理上看,不論使碳纖維的纖維方向垂直于軸線,還是平行于軸線,均可以約束扭轉斜裂縫的發展,起到一定的加固效果。

  但是,由于用碳纖維進行加固時,一方面構件裂縫已經形成,裂縫分布已經確定;另一方面由于碳纖維的極限應變可高達10000με以上,而普通鋼筋應變不到2000με即已屈服,若應變加到4000με以上時混凝土裂縫寬度已開展很大,必然開始向其他表面發展,結構即已接近破壞,而此時碳纖維所能達到的應力可能還很低,因此碳纖維加固受扭構件的效果有必要通過進一步研究確定。

  以上內容均根據學員實際工作中遇到的問題整理而成,供參考,如有問題請及時溝通、指正。

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