碳纤维复合材料在建筑工程中的应用.pdf

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1、综述与交流■哪目爱瞄2012年9月碳纤维复合材料在建筑工程中的应用毛国卫(上海铁路局合肥房产建筑段)摘要：近年来，随着材料技术的发展，现在已开发出来了多种高科技纤维材料。本文主要针对碳纤维复合材料(cFRP)在建筑工程中的应用进行了阐述。对于带有初始裂缝的低强度混凝土梁应用碳纤维布加固也有很大的实用价值。关键词：混凝土梁；碳纤维；耐久性；结构加固碳纤维复合材料(CFRP)粘贴加固混凝土梁是近年国内外发展迅速的一项技术，与其他加固方法相比，其具有以下特点：材料轻，因此施工时无需采用重型旆工机械，采用手工操作即可以完成加固作业；施工空间不受限制，不影响结构的正常

2、使用；cFRP材料具有较强的耐腐蚀性，维护费用较低；由于采用树脂固化，使加固结构具有良好的防水效果，可以抑制钢筋锈蚀和混凝土裂化；cFRP现场剪裁比较简单，质量较容易保证。CFRP材料各向异性，只在增强纤维的纵向上具有很高的抗拉强度。这种各向异性的性质除了影响CFRP片材与混凝土之间的粘结性能外，还会影响cFRP片材的抗剪强度和销拴作用。此外，cFRP材料直到破坏仍然呈现线性特性，不会出现屈服现象。因此，对于外贴cFRP片材加固的混凝土结构的计算应该考虑这种延性缺乏。l纤维材料的耐久性能在纤维材料耐久性能的研究方面，通过试验研究了碳纤维片材在浸水环境、湿热环

3、境、冻融环境、碱化环境下的力学性能变化情况【l】。得出以下结论：①碳纤维增强复合材料在浸水环境下，力学性能基本保持不变；②碳纤维增强复合材料在冻融环境下，应力一应变关系呈线性变化，但抗拉强度、极限应变均有不同程度的降低，而弹性模量基本保持不变，即冻融环境能够引起碳纤维材料的脆化；③湿热老化环境对碳纤维增强复合材料的力学性能基本没有影响；④经过碱化试验后，碳纤维的应力一应变关系基本呈线性变化，强碱环境对碳纤维增强复合材料的力学性能也有不利影响，浸泡在碱溶液30d后，碳纤维片材的抗拉强度下降了1，3；但是经过环氧树脂浸泡的碳纤维片材在强碱溶液浸泡30d后。力学性

4、能基本保持不变。由暴露试验和光谱仪检测的结果得出了相似的结论，另外还得出涂有环氧树脂的碳纤维复合物中环氧树脂粘着力的降低仅限于其表面，而不会进人到环氧树脂的内层闭。2纤维材料与混凝土的粘结性能在纤维材料与混凝土粘结性能的研究方面，通过123个混凝土试件与cFRP、GFRP片材的抗剪粘结试验，关于FRP片材与混凝土的极限粘结强度计算【l】，主要得到以下结论：(1)极限粘结强度与粘结长度有关，但粘结长度超过有效粘结长度后，极限粘结强度增加缓慢或不再增加；(2)混凝士基层强度对极限粘结强度有一定影响，认为极限粘结强度和混凝土抗压强度的平方根成正比：(3)极限粘结强

5、度和FRP的宽度成正比；(4)极限粘结强度与FRP片材和混凝土的宽度比相关，FRP片材与混凝土宽度比越大，极限粘结强度越低：(5)纤维片材的种类影响着极限粘结强度，碳纤维片材与混凝土的极限粘结强度高于玻璃纤维片材于混凝土的极限粘结强度；(6)冻融环境没有引起FRP片材在搭接处的粘结强度的下降：(7)冻融循环对FRP片材与混凝土的粘结强度有不利影响，主要由于混凝土受到冻融损伤后，表面和内部出现微裂缝引起的，但是采用粘结剂不同影响程度也不同：(8)湿熟环境对粘结剂的性能影响较大，对FRP片材与混凝土的粘结强度有不利影响；湿热环境对n讲片材加固混凝土结构的综合效果

6、有一定不利影响，应在加固时予以充分考虑。3构件加固后的受力性能在构件加固后受力性能研究方面，通过16根加固梁和两根对比梁模拟实际构件的加固及受力过程，对持续荷载作用下CFRP加固钢筋混·186·凝土梁进行抗弯试验和通过6根碳纤维布加固钢筋混凝土梁和1根未加固梁的正截面承载力对比试验均研究了碳纤维布加固钢筋混凝土梁的破坏机理、应变分布情况、承载力、刚度和延性，分析了碳纤维的粘贴层数、粘贴锚固方式、二次受力对加固效果的影响，并进行了试验梁的正截面承载力理论计算，验证了现行规范所提供的计算理论和构造措施的合理性刚。综合得出以下结论：(1)采用CFRP加固的钢筋混凝

7、土梁的刚度较普通钢筋混凝土梁的刚度有明显提高，特别是屈服后刚度有明显提高，且提高的幅度随着碳纤维层数的增加而增加，但延性有一定程度降低。随着荷载的增加，由于碳纤维参与工作，加固梁的跨中纯弯曲段内底部纵筋的应变增加变缓，加固梁的破坏趋缓，破坏程度降低。(2)采用CFRP加固的钢筋混凝土梁，开裂荷载略有增加，屈服荷载有很大的增加，纤维布对承受以抗弯为主的构件具有增强刚度、控制挠度的作用：纤维加固时梁所承受的荷载大小，即加固时梁内已存在的弯曲裂缝的宽度对梁的屈服荷载及极限承载力影响不是很大，但对梁的刚度有较大影响，特别是对纵筋屈服后的梁刚度影响较大。承受一定荷载作

8、用且存在弯曲裂缝时而进行加固的构件的刚度比完好状态加