碳纖維復(fù)合材料cfrp加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料cfrp加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

1對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固在建設(shè)項(xiàng)目中，混凝土結(jié)構(gòu)占有很大的比例。目前相當(dāng)多的住宅、別墅、商務(wù)等建設(shè)用房采用大開間以增加使用面積的結(jié)構(gòu)越來越多。而大開間的使用則使混凝土板的跨度增大,板的面積增加。傳統(tǒng)方法是相應(yīng)增加混凝土板的厚度。由于板厚的增加,使得結(jié)構(gòu)自重也相應(yīng)增加且建筑物的凈高會(huì)減小,從而使建筑物的使用受到影響。另外由于設(shè)計(jì)、施工造成的問題,如配筋不足、混凝土強(qiáng)度低等,會(huì)使結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性能降低,不能滿足原設(shè)計(jì)要求,有的甚至危及結(jié)構(gòu)的安全,這些結(jié)構(gòu)都亟待進(jìn)行修復(fù)加固。通過對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固,達(dá)到提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗拉、抗裂的能力以及抗震、抗腐蝕能力,從而恢復(fù)或提高原有結(jié)構(gòu)的承載力。對混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固的方法有增大截面法、粘鋼法等,這些方法各有利弊。近幾年來采用碳纖維復(fù)合材料(CFRP)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)的新技術(shù),在國際上深受重視并已獲得較多的應(yīng)用和發(fā)展。2有機(jī)碳纖維材料碳纖維是目前建筑結(jié)構(gòu)中使用量最大的高性能纖維。碳纖維是纖維狀碳材料,由含碳量高的有機(jī)纖維在保護(hù)氣氛和施加張力牽引下,通過熱處理碳化成為含碳量90%以上的纖維。2.1碳棕櫚的主要性能(1)混凝土結(jié)構(gòu)性能碳纖維具有高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于一般鋼材的10余倍)、高彈模、密度小、延伸率小等特性,可充分利用其優(yōu)異的力學(xué)性能,有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、延性、抗裂性能,達(dá)到高強(qiáng)、高效加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的目的。(2)發(fā)燒性能碳纖維的耐高低溫的性能好,熱導(dǎo)率高。(3)耐化學(xué)性能碳纖維具有較好的耐酸堿性,一般的酸堿對其作用很小。且碳纖維的耐水性也很好。(4)電、磁能碳纖維沿纖維方向的導(dǎo)電性好,抗磁性好。2.2纖維產(chǎn)品的加固和加固功能在建筑工程中廣泛使用補(bǔ)強(qiáng)加固的碳纖維制品主要有碳纖維布、碳纖維片材,它們具有以下特點(diǎn):(1)碳纖維布在樓板上的安裝碳纖維布增強(qiáng)復(fù)合材料片材對提高受彎構(gòu)件抗彎能力特別有效。在民用建筑大跨度的板、梁等受彎構(gòu)件的受拉面粘貼碳纖維布可大幅度提高構(gòu)件的抗彎承載力。在樓板粘貼碳纖維布、板,可不增加樓板荷重,卻能提高樓板的承載力,延長樓板的使用壽命。特別是對樓板開洞,粘貼碳纖維布可有效地改善洞邊受力狀態(tài),延長樓板使用壽命。提高混凝土抗壓強(qiáng)度,增加混凝土柱延性,有效防止混凝土脆裂破壞,這對混凝土結(jié)構(gòu)抵御地震作用極為有利。(2)裂縫形態(tài)、細(xì)而密在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上粘貼碳纖維布可封閉原有裂縫,不再繼續(xù)擴(kuò)大延伸,可防止、延緩新的裂縫產(chǎn)生,而且改變裂縫的形態(tài),形成細(xì)而密的微小裂縫,不影響構(gòu)件正常使用。(3)施工方便碳纖維布重量輕,一般采用手工作業(yè),不需使用大型施工機(jī)具,施工周期短。3碳纖維性能分析本文利用ANSYS軟件進(jìn)行計(jì)算分析,從理論上探討用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)混凝土板技術(shù)。大型結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS軟件是美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)等專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件。該軟件可廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車交通、土木工程、造船等一般工業(yè)及科學(xué)研究領(lǐng)域。本文根據(jù)某工程6×6m混凝土板進(jìn)行計(jì)算分析。在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),混凝土采用solid45單元,碳纖維板材采用solid46單元。自適應(yīng)劃分網(wǎng)格,計(jì)算所采用混凝土彈性模量E=2.8×1010Pa,PRXY=0.17,碳纖維的材料常數(shù)如下:Ex=1.08×1011Pa,Ey=EZ=1.03×1010Pa,PRXY=PRYZ=PRXZ=0.28,GXY=GYZ=GZX=7.17×109Pa,施加荷載10kN/m2。計(jì)算出構(gòu)件的撓度和跨中截面上下緣的應(yīng)力,混凝土板的撓度和碳纖維加強(qiáng)板所得撓度分別如圖1和圖2所示?；炷涟搴吞祭w維加強(qiáng)板應(yīng)力云圖分別如圖3和圖4所示。有限元計(jì)算結(jié)果比較見表1。通過ANSYS有限元計(jì)算分析,碳纖維加強(qiáng)板變形減小,強(qiáng)度也得到了提高。由于碳纖維片材的比強(qiáng)度高,又采用了性能優(yōu)良的粘結(jié)材料,不僅樹脂滲入混凝土中,將碳纖維片材緊密粘貼在結(jié)構(gòu)外表面,而且樹脂有較高的粘結(jié)強(qiáng)度,能有效地傳遞碳纖維與混凝土之間的應(yīng)力,確保不產(chǎn)生界面粘結(jié)剝離現(xiàn)象。施工時(shí)將碳纖維片材(碳纖維布或板)用樹脂類膠結(jié)材料粘貼在混凝土表面,利用碳纖維的高強(qiáng)度和高彈模來對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固,并改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。與傳統(tǒng)的加固技術(shù)相比,碳纖維復(fù)合材料加固技術(shù)具有明顯的綜合優(yōu)勢。4碳纖維加固法工程實(shí)例表明,由于碳纖維復(fù)合材料本身具有優(yōu)越的力學(xué)性能,分擔(dān)了部分荷載,降低了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力,從而使結(jié)構(gòu)得到補(bǔ)強(qiáng)加固。超強(qiáng)的防水防腐蝕效果、施工簡便、施工周期短、質(zhì)量容易保證等優(yōu)點(diǎn),可用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)加固。由于耐久性好、施工簡便、不增大截面、不增加重量、不改變外形等優(yōu)