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碳(tàn)纖維加固混(hún)凝土結構的研究

發布時間:2018-12-27 09:40:51發布作者:施邦實業文章來源:施邦實業

一(yī)、抗彎加(jiā)固性能
在混凝土結構的受拉區(qū)粘貼碳纖維,可有效提(tí)高其承(chéng)載能力,抑製裂縫擴(kuò)展。碳纖維加固後混凝土結構的破壞(huài)特征與普通混凝土結構以及粘(zhān)鋼加固的混(hún)凝土結(jié)構有(yǒu)較大的(de)區別,其承(chéng)載力的計算方法也不相同。國內外學者的研究主要集中在碳纖維加(jiā)固混凝土梁的抗彎性能、破壞形態、承載力計算、影響參數(shù)以及碳纖維加固(gù)後混凝(níng)土梁的(de)截麵變(biàn)形、裂縫開展等方麵。近幾(jǐ)年來,不少學者(zhě)對負載狀態下碳纖維加固梁展開了受力性能試驗研究和理論分析,試圖建立考慮二次受力的抗(kàng)彎承載力計算方法、滯後應變及(jí)跨中(zhōng)撓(náo)度的計算公式。


二、抗剪(jiǎn)加固(gù)性能
在混凝土梁的受剪區側(cè)麵粘貼碳纖維能有效(xiào)提高其抗剪能力,工程中常用(yòng)的(de)受剪(jiǎn)加固方法有側(cè)麵粘貼、U型粘貼和(hé)包裹粘貼3 種方式,其中以包裹粘貼效果最好。影響(xiǎng)碳纖維抗剪加固性能的主要參數有梁的配箍率、混凝土強度、碳(tàn)纖維配筋率、梁的剪跨比、碳纖(xiān)維的粘貼方式與錨固性能、碳纖維及粘結膠本身的材料性(xìng)能等。目前,國內外對抗剪加固的研究主要包括破壞機製和承載力的計算等方麵,其中承載力計算的理論模型(xíng),一般是在(zài)鋼筋混凝土(tǔ)構件桁架理論模型的基礎上,增加碳纖維(wéi)對抗剪承(chéng)載力貢獻項(xiàng)。


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三、抗震加固性能
通過外包碳纖維約束塑性鉸區混凝土以(yǐ)提高混(hún)凝土的極限(xiàn)壓應變,可提高構件延性,有利於結構的抗(kàng)震加固。目(mù)前國內外不少學者(zhě)進行(háng)了外(wài)包碳纖(xiān)維加固混凝土柱、梁柱節點乃(nǎi)至框架的抗震性能試驗研(yán)究、理論分析(xī)和工程應用研究(jiū),提出了相應的碳纖維約束混凝土應力-應(yīng)變關(guān)係的計算模型。


研(yán)究表明,側(cè)向約束模量和側向約(yuē)束強度是(shì)影響碳纖(xiān)維約(yuē)束混凝土結構延性特征和滯回耗能性能的兩個重要參(cān)數。此外,研究在鋼管(guǎn)混凝土和套管混凝土的研究基礎上,首次提(tí)出了約束鋼管混凝土的概念,在這種新型(xíng)鋼管混凝土(tǔ)柱中,為增強結(jié)構的抗震性能,在可能出現塑性鉸的部位設置了碳纖維橫向附加約束。附加套(tào)箍能有效地防(fáng)止或(huò)延遲鋼管混凝土柱中通長的鋼管在塑性鉸區域發(fā)生局部屈曲,提高了結構的承載性(xìng)能與(yǔ)延性,從而改善抗震性能(néng)。國內外已有許多應用碳纖維(wéi)加固房屋結構柱與橋柱的成功案(àn)例。為方(fāng)便施工,還開發出了碳纖維自動纏(chán)繞係統。


四、抗疲(pí)勞加(jiā)固(gù)性能(néng)
碳纖維片材加固構件的疲勞分為(wéi)彎(wān)曲疲勞和剪切疲(pí)勞2種,根據荷載形式(shì)又可分為(wéi)常幅荷(hé)載和變幅荷(hé)載下的疲勞問(wèn)題。碳纖維(wéi)片材加固構件的(de)疲勞強度,除了與原有混凝土結構的抗(kàng)疲勞能力有關外,還與碳纖維加固部分的疲勞斷裂能力以及碳纖維片(piàn)材與混凝土(tǔ)界麵的抗疲勞破壞能力有關。混凝土抗彎疲勞理論可以用來評價原有混凝土結構的抗疲勞能力(lì),碳纖維片材自身的(de)抗疲勞能(néng)力可以通過材料力學實驗解決,但關於碳(tàn)纖維片材與混凝土的界麵的抗疲勞破壞(huài)能(néng)力的研究積累甚少,目前僅有少量試驗結果,這些研(yán)究表明,在重(chóng)複、移動荷載作用下(xià),界麵的粘結能力有下降(jiàng)的趨勢。


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五、預應力技術
對於撓度(dù)過(guò)大的(de)受彎構件或(huò)開(kāi)裂(liè)嚴重(chóng)的混凝土梁、板(bǎn),簡單的碳(tàn)纖維貼片加固法難以有(yǒu)效地增強(qiáng)其(qí)剛度,材料的作用得不到充分(fèn)利(lì)用。采用預應力碳纖維加(jiā)固技術(shù)可平衡加固梁(liáng)的部分荷載,有效減少加固梁的撓度變形,延緩(huǎn)梁開裂,減(jiǎn)少裂縫寬(kuān)度(dù),降低早期剝離破壞的可能性,提(tí)高梁的承載力。目前,一些學者對碳纖維預應力加(jiā)固技術在不同負載下的碳纖維預應力張拉工(gōng)藝、端部錨固措施(shī)、預應力損失及承載力計算、界麵應力傳遞及抗疲勞性能(néng)等方麵進行了一些試驗研究和理論分析,並開始了(le)工程實際應用。


六、耐久性加固性能
國內外對碳纖維加固混凝土構件的耐久性(xìng)能開展了多項內容的試驗研究,研究參數包括構件類(lèi)型(xíng)(梁、柱)、碳纖維類型(AFRP,CFRP,GFRP)、粘貼方式(環向、軸向)、環境類型(室(shì)溫、幹濕、凍融)、樹(shù)脂類型等。研究表明,在(zài)惡劣環境下(xià)CFRP比GFRP性能好,幹濕作用下,CFRP約束試件的強度與延(yán)性沒有降低,剛度得到提高,而GFRP約束試件的強度與延性都降低了,剛度(dù)未受影響;凍融循環作用下,CFRP和GFRP約(yuē)束試件的強度與延性顯(xiǎn)著(zhe)降低,剛度未受影響,與室溫及幹濕循環作(zuò)用下試件(jiàn)相比,受凍融作用試(shì)件的破壞(huài)方式更具災害性。海水(shuǐ)腐蝕後,普通(tōng)鋼筋(jīn)混凝土梁、柱與(yǔ)CFRP加固鋼筋混(hún)凝土(tǔ)梁、柱的(de)承載力都降低,但CFRP加固混凝土梁的剛度幾乎未受到(dào)任何影(yǐng)響。


七、砌體結構加固(gù)性能
國外大量文獻研究了碳纖維片材加固混凝土砌塊牆與磚牆的抗(kàng)剪性能、平麵外與平麵內抗彎性能、沿通縫的抗剪性能、單(dān)調荷載作用下的短期(qī)力(lì)學性能、低周往複荷載試驗以及模擬地震荷(hé)載試驗,並給出了碳纖維加固砌體結構的設(shè)計建(jiàn)議;


對(duì)采用碳纖維纏繞加固磚柱的力學性能、磚拱和穹頂的加固性能也(yě)進行了研究。試驗結果表明,牆(qiáng)體的破壞形式由加固前的脆性剪切破壞(huài)變成了加固後延性彎曲破壞,極大提高牆體的變形能力、強度和延(yán)性,能有效減小剪切變形,改善結構整體的延性與抗(kàng)震(zhèn)性能,提高砌體結構的承載力。從國(guó)內(nèi)研究現狀看,大部分的內容集中在碳纖維(wéi)加固(gù)後的牆片在平麵內水平低(dī)周反複荷載作(zuò)用下的抗震性能研究上,研究結果表明,碳纖維(wéi)加固能夠明顯提高牆體的(de)平麵內(nèi)水平抗(kàng)剪強度,增強(qiáng)變形(xíng)能力,改善結構的延性。


八、鋼結構加固性能
碳纖維除了用於鋼結構的防腐(fǔ)蝕、防老化及其他一般(bān)性的加固外,對鋼結構建築及鋼製品等的加固方法革新(xīn)也越來越成為人們所關心的問題。目前研究重點主要(yào)圍繞碳(tàn)纖維對鋼(gāng)結構(gòu)的失穩(wěn)加(jiā)固、界麵黏結性能及荷載的傳遞效應(yīng)、承載力計算方法以及(jí)加固後(hòu)抗疲勞性能等方麵(miàn)開展。


九、其他加(jiā)固性能
麵對以爆炸為主的恐(kǒng)怖主義(yì)以及(jí)人為災(zāi)害日趨嚴重的威脅,結構抗爆逐漸成為研究(jiū)的熱點,碳纖維由於其(qí)眾多優越(yuè)性,在(zài)結構抗爆中有廣闊的應用前景。已有的研究成(chéng)果表(biǎo)明,碳纖維用於抗爆加固可有效提高(gāo)構件和結構的抗(kàng)爆性能(néng)抗衝擊以(yǐ)及(jí)抗人為災害性能(néng)。國內外一些學(xué)者對碳(tàn)纖維加固火災後混凝土結構、碳纖維加固結構的抗扭性能、可靠性以及加固木結構、節點、隧道等(děng)特種結構均做了(le)一些研究。




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