日照碳纤维加固

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摘要：粘贴预应力纤维增强复合材料(FRP)片材对土木建筑结构进行加固和修复，可以提高工程效率．从理论分析着手，推导了预应力FRP片材增强RC梁界面层的剪应力的计算公式，分析了预应力作用下FRP片材和混凝土之间的界面层剪应力分布，并通过有限元对碳纤维薄板(CFL)增强RC梁作了数值实验验证．探讨了初始预应力施加量，FRP片材的厚度以及界面层厚度对界面剪应力的影响．
 纤维增强复合材料粘贴加固技术已广泛应用于钢筋混凝土建筑(结构)物的加固和维修工程中．然而，现有的FRP片材粘贴加固技术是被动加固技术，FRP片材的抗拉强度没有得到充分的发挥，构件的抗弯刚度提高幅度不大，混凝土中的裂缝等缺陷无法闭合．因此，采用预应力FRP片材加固混凝土结构(主动加固技术)将是一种更有前途的新技术 ．但是，在预应力FRP片材作用下，FRP端部界面层的剪应力和正应力分布与无预应力作用下相比会发生改变，容易造成界面剥离破坏．因此，研究预应力FRP增强RC结构中FRP片材与混凝土的界面层的应力分布，对于探明增强构件的破坏机理具有重要的意义．
碳纤维加固 - 效益分析
碳纤维加固，只要设计合理，与一般的粘贴钢板法比较费用差不多，但碳纤维加固法施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少，在施工工期、施工条件方面具有明显的优势。碳纤维加固法加固效果好，高强高效，适用面广，质量易保证，耐腐蚀及耐久性能极佳。采用碳纤维加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。
碳纤维加固具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、耐久性好、物理性能稳定等诸多优点。其抗拉强度是同等截面钢材的7-10倍。用碳纤维加固材料修复补强混凝土结构是近来发展而成的新型工法，与混凝土结构形成一体共同工作，利用碳纤维材料卓越的抗拉强度达到的增强构件承载能力及刚度的目的。
一．界面剪应力分析
 
1．1 力学分析模型
以矩形RC梁为研究对象，对FRP片材施加张力Ⅳ 然后将FRP片材粘贴在RC梁底部，待FRP片材和混凝土粘结牢固后释放张力 并将预应力RC梁施加外载进行弯曲受力分析．在外载作用下预应力FRP片材增强RC梁单元的力学分析模型如图1所示．为了简化计算模型，外载作用下混凝土与FRP片材的界面层的剪应力分布计算基于以下假设进行：
 
 
(1)不考虑梁自重对界面应力的影响；
(2)混凝土、界面层以及FRP片材都呈线弹性变形；
 
(3)RC梁简支，其变形符合平截面假定；
(4)计算界面层剪应力时，忽略FRP和界面层的弯曲变形；
(5)界面层剪应力不随其厚度变化
 
 
二．施工工艺
1． 混凝土表面处理
（1） 将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净。
（2）对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，进行修补、复原。
（3） 裂缝修补：缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。
（4） 打磨：将构件表面凸出部分（混凝土构件交接部位、模板的接槎等）打磨平整，修复后的构件表面尽量平顺。
（5）清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。
 
2． 缺陷部位涂刷底胶
将配好的底胶（粘结剂），用涂刷均匀于缺陷部位的砼表面。
 
3． 构件表面残缺面的修补
用环氧腻子对构件表面残缺面的修补是十分重要的一步，要点如下：
（1） 腻子主剂、固化催进剂、固化剂按规定比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。
（2） 构件表面凹陷部位用环氧腻子填平，修复至表面平整。在残缺修补中使用环氧腻子时，要在气温-5℃以上，相对湿度小于85%的条件下施工。腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。
 
4． 涂刷底胶
将配好的底胶（粘结剂），用滚筒均匀涂刷于需要粘结的砼表面。
 
5． 粘贴碳纤维
粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥。气温在-10℃以上，相对湿度RH>85%时，如无有效措施不得施工。为防止碳纤维受损，在碳纤维材料运输、储存、裁切和粘贴过程中。应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断碳纤维材料，每段长度一般以不超过6m为宜。为防止材料在保管过程中损坏，材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上。该部位应多涂树脂，碳纤维横向不需要搭接。其施工工艺要点如下：
（1） 粘贴树脂的主剂、固化催促剂和固化剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。一次调和量应以在可使用时间内用完为准。
（2） 粘贴时，在碳纤维和树脂之间尽量不要有空气。可用罗拉（专用工具）沿着纤维方向在碳纤维材料上滚压多次，使树脂渗浸入碳纤维中。
 
6． 养护
粘贴碳纤维材料后，需自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期间不受外界干扰和碰撞。
 
7． 涂装
若加固补强构件需要防火时， 可在树脂固化后涂刷耐火涂层。涂装应在树脂初期固化后进行，并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。
 
三．结论
    作者推导了预应力FRP片材增强RC梁在外载作用下的界面剪应力计算公式，并利用有限元分析进行了比较，两者计算结果吻合较好．通过分析RC梁的几何尺寸．粘结层的剪切模量和粘结层厚度，FRP片材和混凝土的弹性模量，FRP片材的厚度等都会对界面的剪应力产生影响，其中初始预应力，界面层厚度对界面应力影响较大．由于混凝土的抗剪强度低于粘结胶的剪切强度，混凝土也容易发生剥离，片材端部要进行锚固或抗剪加固，锚固和抗剪加固的长度和方式根据片材端部的最大应力进行设计．