钢筋混凝土柱采用碳纤维布加固应用

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1、钢筋混凝土柱采用碳纤维布加固应用　　摘要：碳纤维以其自重轻、高强度、高弹性、耐腐蚀、施工方便、不受构件外形限制等特点被广泛应用于建筑物梁、板、柱结构的加固和桥梁结构、隧道、烟囱等的结构补强以及海滩建筑的防腐补强。关键词：钢筋混凝土柱碳纤维布加固补强承载力验算施工要求中图分类号：U663文献标识码：A一、工程概况：某单体工程为框架剪力墙结构，建筑面积8234平方米，地下1层，地上17层。在主体施工过程中，根据现场回弹仪实测发现，4层轴/轴300×450mm框架柱因局部振捣不到位及先期砂浆流入，局部混凝土强度偏低，此柱混凝土强度从底至上混凝土强度逐步升高，柱根部砼强度为C20左右，到梁柱节点下约3

2、00mm处混凝强度达设计要求的C25混凝土强度,该柱主筋配10根直径22的三级钢筋。鉴于此实际情况，现决定对该柱进行加固补强，使其达到设计要求的承载力。二、加固方案选择：5目前可用于加固钢筋混凝土柱的常用方法有：加大柱截面法、外包钢法、外包裹FRP材料（碳纤维）法等。加大截面法使结构自重和截面尺寸都有较大的增加；外包钢法比虽然比钢筋混凝土柱加大截面法更为有效，但外包钢护套抵御恶劣环境侵蚀的能力较差。碳纤维加固是将高强碳纤维织物，用专用结构胶粘贴于被加固物件表面，其特点是：自重轻、高强度、高弹性、耐腐蚀、施工方便、不受构件外形限制。现决定采用外包裹FRP材料（碳纤维）法对该柱进行加固补强，该方法

3、具有高强高效、施工便捷、良好的耐久性与耐腐蚀性、厚度薄及重量轻等优点。柱子可由单层或多层纤维布完全包裹，也可以用纤维布条带形成连续的螺旋箍或间隔的环箍进行部分包裹。本工程选择两层碳纤维布沿柱高完全包裹进行加固。三、加固计算：3.1基本假定：1）平截面假定；2）碳纤维布与混凝土之间没有任何滑移，且不发生剥离破坏；3）碳纤维布采用线弹性应力-应变关系，且只能承受拉力。3.2碳纤维布的层数确定：5本工程钢筋混凝土柱加固所用碳纤维布选用上海同砼碳纤维布有限公司生产的“同砼”牌，型号为CFC3.2-220-100;弹性模量为Ecfrp=2.2×105MPa,抗拉强度为fcfrp=3200MPa，单层厚度

4、=0.12mm，宽度100mm。本工程矩形截面柱尺寸为300×450mm，考虑到柱角对碳纤维布有影响，故将该矩形柱四角倒成半径为20的圆角（如图示）,确定碳纤维布包两层。下面为轴心受压柱正截面承载力验算公式：式中：N—为柱轴向压力设计值2480KN；—为原构件C20混凝土抗压强度设计值9.6N/mm2；—为有效约束应力；—环向围束内混凝土柱截面积,矩形柱=134656mm2；—为受压主筋承载设计值，该柱主筋为10根直径为22的三级钢，；—为混凝土强度影响系数，C25混凝土为1.0；—为环向围束的有效约束系数；矩形柱，其中，r为柱倒角半径20，为柱配筋率，；；—为环向围束体积比，矩形柱按计算；其

5、中、为碳纤维层数2和每层厚度0.12。计算得=0.0027；—为碳纤维弹性模量，=2.2×105MPa；—为碳纤维有效拉应变设计值，取0.0035；5计算：=0.5×1×0.4×0.0027×2.2×105×0.0035=0.416N/mm2=0.9×[(9.6+4×0.416)×134656+1368000]=2596.3KN（满足）四、施工要求4.1表面处理施工时将柱的四个角用磨光机打磨成半径20的圆角。对于砼表面出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等有缺陷的部位事先予以凿除，并用水泥沙浆进行修复。最后用清水冲洗干净，待完全干燥后用脱氧棉擦拭表面3～4次，直至脱脂棉上无粉尘。4.2涂底胶和找平按产品

6、生产厂家提供的工艺规定配制底胶并搅拌均匀，注意一次调和量在可使用时间内用完，超过时间的绝对不能使用，以确保粘结质量。用滚刷均匀地涂在基面上，注意均匀涂抹，自然风干。底胶硬化后，如表面有凸起时，要用磨光机或砂纸打平。待底胶指触干燥后，尽快进入下一道工序。4.3粘贴碳纤维布5按设计要求的尺寸及层数裁剪纤维布，除非特殊要求。碳纤维布在受力方向尽量不要搭接，如需搭接，则沿碳纤维方向的搭接长度不得小于200mm，而纬向搭接长度不小于50mm。粘贴碳纤维布时，应依设计位置由上而下，由左到右有秩序地粘贴，并采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤压气泡，使浸渍树脂充分渗透纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。粘贴碳纤

7、维布后,需自然养护24h达到初期固化,应保证固化期间不受干扰。碳纤维片材粘贴后达到设计强度所需自然养护的时间不少于2周。五、结论经过以上方法加固，该柱承载能力达到了原设计要求，实际使用效果较好，结构没有出现开裂、变形等缺陷现象，结构尺寸也没有发生明显的变化。参考文献1.张俊耿，外贴碳纤维布在混凝土结构加固中的应用[J]，山西建筑，2010，24.2．裘泳，碳纤维结构加固技术[J]，中华建设，201