混凝土结构补强技术的新发展—碳纤维补强技术

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1、混凝土结构补强技术的新发展—碳纤维补强技术碳纤维结构补强技术，是钢筋混凝土结构体外补强的一种新技术，在国外已经成熟，并得到广泛认同。几年来，公司与高等院校和科研单位等方面合作，经过消化吸收，这项技术在全国许多省市多项工程中成功应用。现在已经形成有口皆碑，用户辗转相传、新用户不断找上门来的局面。很明显，它必将如国外一样，使我国的混凝土结构补强技术得到新的发展。但它为什么会形成结构补强技术的一种新趋势？它的基本原理和方法是怎样的？我们必须从传统补强方法说起。      一、混凝土结构的损坏及传统补强方法    已建混凝土结构损坏的原因很多，大致有以下几方面：    •设计

2、不周、施工缺陷：这类问题本应避免，但无法杜绝，且近年因种种 原因层出不穷，有的很严重；    •年久老化：建国以来和改革开放以来大规模建设的工程正分批陆续接近 寿命期，甚至超期服役；    •腐蚀：受酸、碱、盐侵害，风化、水的渗透、冻融循环；    •意外灾害：地震、台风、凌汛、人为撞击、火灾等损坏；    •超载。    以上原因直接导致混凝土粉化、疏松、剥落、开裂和钢筋锈蚀。使结构物裂缝扩展、刚度降低、挠度增大，承载力削弱甚至丧失。以致结构物涉险服役，严重的不堪再用。     因此新世纪开始，我国将出现结构修复补强的浪潮，甚至会持续相当长时间。 过去常使用的传统补

3、强方法，主要有加大截面法、体外预应力法和外包钢板法几种。加大截面法又名外包混凝土法。主要是将截面加宽、加厚、加高，以容纳新增钢筋。此法很有效，但增加结构体积和自重，造成肥梁胖柱、施工工序繁多、用工多、施工期长，且要用大型机械，还必须有很大施工空间；体外预应力法是在梁下加受拉弦杆，和立柱一起形成反拱架，补强效果好但也有上述各种缺点，特别是结构高度增大很多；外包钢板法又称粘钢法，除上述缺陷外，难于紧贴原结构表面，且不耐腐蚀，必须定期防锈。因此，传统补强方法的应用场合受到种种限制，甚至某些条件下无法采用。      二、碳纤维补强的方法    碳纤维补强的基本材料是将高强度

4、或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍形成为碳纤维增强复合材料片材(Carbon Fiber　 Reinforced Plastics或polymer，简称CFRP)。将片材用专门配制的环氧树脂粘贴在结构受拉面，树脂固化后与原结构形成新的受力复合体，碳纤维片即可与钢筋共同受力。由于碳纤维片分担了荷载，就降低了钢筋的应力，而使结构得到加固补强。    高强度碳纤维片的抗拉强度可达3400N/mm2，比钢材高7～10倍。弹性模量有2.35×105N/mm2至3.8×105N/mm2等几种，与钢筋相近或略高。因此，有很好的与钢筋共同工作的性能。由于采用了不同

5、配比、性能各异的环氧树脂料，可以使界面树脂渗入混凝土中，片材紧随构件外形粘贴，粘贴用的树脂料又具有较高粘结强度，能有效传递碳纤维片与混凝土两种材料间的应力，保证不产生界面的粘结剥离。    FRP在交通和建筑工程中的应用    (一)梁、板结构补强 各种类型公路、铁路桥梁、桥板和建筑物的梁、板都可应用。    1、抗弯补强。碳纤维片贴在受拉一侧，即跨中的下部和连续板、连续梁、悬臂板、梁支座的上部，沿受力筋方向粘贴。    由于碳纤维片弹性模量比钢筋稍大，受力时延伸率小于钢筋，故在结构受力时先行受力，随荷载逐渐增加达到两者变形协调时，两者共同受力并按一定比例分配。往往在

6、补强前或者因原有钢筋锈蚀造成截面积不足，或因超载原有钢筋应力过大，补强后碳纤维分担了拉力，使钢筋应力大大降低，结构承载力得以提高。    抗弯补强时，可以根据受力需要贴一层至多层。还可应用高弹性模量片材，补强效果更显著。    2、抗剪补强。通常是在梁靠近端部主拉应力较大的区域和有次梁或较大集中荷载作用的部位。补强时在梁的两侧面竖向粘贴，或与梁底形成U形环包。相当于增加抗剪箍筋以分担原箍筋的剪力。    3、抗疲劳补强。工业厂房吊车梁、桥梁及桥面板，都可以粘贴碳纤维片以提高结构的疲劳抗力。桥面板上下同时粘贴效果更好。    (二)柱、墩补强    对桥墩、高架柱、建筑

7、物独立柱和有翼柱，都可有效补强。    1、中心受压柱的抗压补强，用碳纤维在柱中部横向环包，在受压区产生环向束缚作用，能提高抗压能力，降低柱的压屈系数。    2、偏心受压柱，在柱受拉弯的侧面沿柱轴纵向粘贴，可有效补强。    3、抗震性能补强，在地震或台风的横向力作用下，柱端弯矩和剪力都很大，可以纵向粘贴和环包同时进行。既提高柱、墩横向抗力，又改善能量吸收性能，提高结构的延性，使结构抗侧向力能力显著提高。    对于建筑框架结构和与帽梁刚结的桥梁墩柱、高架柱，可以在柱的上下端同时补强，个别上端横向约束较弱者，则可只考虑下端的补强。     (三)剪