碳纖維在某通信機房加固中的應用

1、For personaluse only in study and research;not forcommercialuse摘要：碳纖維增強聚合物（Carbon Fibre ReinforcedPoly-mer 簡稱 CFRP）是一種新興的高強材料，最早應用于航空航天等高科技領域。近年來在土木工程領域中的研究與應用得到了迅速發(fā)展。較之傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法， 碳纖維加固技術(shù)是一種新型高效的加固修復技術(shù)，它具有高強、 高效、施工便捷、使用面廣等優(yōu)點。碳纖維加固技術(shù)是利用改性環(huán)氧樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維片材粘貼于混凝土表面，從而達到結(jié)構(gòu)補強及改善受力性能的目的。此項技術(shù)在美國、日本等發(fā)達國家已成熟運用

2、，在20 世紀 90 年代后期國內(nèi)才開始碳纖維加固技術(shù)的研究與應用，雖取得了一定的成果，但至今尚未形成系統(tǒng)的理論。關(guān)鍵詞：碳纖維加固1 、工程概況For personaluse only in study and research;not forcommercialuse隨著通信事業(yè)的迅速發(fā)展，各地通信公司相繼增設了一批通信機房。因通信設備荷載較大，一般民用建筑達不到使用要求。為確保使用安全，需對原建筑進行結(jié)構(gòu)驗算、結(jié)構(gòu)加固等工作。某通信公司傳輸機房位于一辦公樓三層樓面上，機房使用活載（6.0KN/m 2）超過原辦公樓使用活載2.5 KN/m 2。原樓面結(jié)構(gòu)為主次梁現(xiàn)澆板體系（混凝土強度等級C

3、40，板受力筋為級鋼筋， 梁受力筋為級鋼筋） 。結(jié)構(gòu)驗算表明，樓板無需加固，而主次梁正截面需進行加固。經(jīng)過方案論證和經(jīng)濟技術(shù)可行性比較，并征得業(yè)主的同意，決定采用碳纖維復合材料進行加固。2 、材料特性本工程使用了日本進口的碳纖維布（ST200），其主要性能指標見表1。For personaluse only in study and research;not for commercialuse表 1 碳纖維布主要性能指標型號單位面積質(zhì)量For personaluse only in study and research;not forcommercialuse（ g·cm-2）設計厚

4、度mmFor personaluse only in study and research;not forcommercialuse設計抗拉強度fcf / MPa彈性模量For personaluse only in study and research;not for commercialuseEcf / MPaST200200For personaluse only in study and research;not forcommercialuse0.11134002.3 ×105粘貼用樹脂采用國產(chǎn)JGN 型建筑結(jié)構(gòu)膠，其主要性能指標見表2表 2 JGN 型建筑結(jié)構(gòu)膠主要性能指

5、標種類拉伸強度MPa壓縮強度MPa剪切強度MPa適用溫度可使用時間min基底樹脂（ JGN-E）-0381530修補樹脂（ JGN-F）28 50 18038 40粘結(jié)樹脂（ JGN-D）28 50 18038 603 、加固設計3.1 基本假定用碳纖維材料加固后混凝土梁的極限承載力計算與普通混凝土梁有所不同，其基本假定為：（1）受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計；（ 2）梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定；（3）碳纖維材料采用線彈性應力 -應變關(guān)系： cfcfcf 。因本工程建成后未經(jīng)裝修使用，加固設計時忽略碳=E×纖維二次受力的影響。3.2 設計方法根據(jù)極限狀態(tài)應力應變關(guān)系

6、，由平衡條件可得：當 2a時，fcmbx+f yAs =fyAs+cf Acf (1)Mu cf Acf (h- /2)+ fy As (h 0- /2)- fyAs( -/2a s )當 %26lt;2a 時，fcmbx+f yAs =fyAs+cf Acf (2)Mu cf Acf (h-as )+f y As (h 0 - as)根據(jù)碳纖維片材加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，當混凝土受壓區(qū)高度x h 時，其極限cfb彎矩：MufyAs (h 0 - 0.5g cfbh)+E cf cf ·Acf（ 1- 0.5 cfb ） (3)其中，界限相對受壓區(qū)高度：cfb =0.8cu

7、/ （cu+ cf ）3.3 次梁加固設計2次梁截面： b×h=400mm×500mm ， As =A s =1018mm截面彎矩： Mu =242Kn ·m首先估算混凝土受壓區(qū)高度 12mm%26lt;2as根據(jù)公式 (2), 解得 :Acf=53.1mm2界限相對高度：cfb =0.8×0.003/(0.0033+0.01)=0.1985 12mm%26lt;cfb h=89.3mm根據(jù)公式（ 3），解得：Acf=51.7mm2兩種計算結(jié)果相比較，其誤差=（53.1-51.7 ）/53.1=2.64%在工程設計誤差許可范圍之內(nèi)。采取在梁底粘貼300m

8、m 寬碳纖維布兩層（ Acf =66.6mm 2 ），可滿足設計和使用要求。3.4 主梁加固設計主梁截面： b×h=500mm×550mm ， As=2233mm2s2，A =1960mm極限彎矩 : Mu =450Kn ·m首先估算混凝土受壓區(qū)高度: 29.5mm%26lt;2a s根據(jù)公式 (2), 解得 :Acf=112.1mm2界限相對受壓區(qū)高度:cfb =0.1985 29.5mm%26lt;cfb h=89.3mm根據(jù)公式 (3), 解得 : Acf=109.3mm 2兩種計算結(jié)果相比較,其誤差 =（112.1-109.3 ） /112.1=2.5%在

9、工程設計誤差許可范圍之內(nèi)。采取在梁底粘貼400mm 寬碳纖維布 3 層（ Acf =133.2mm 2），可滿足設計和使用要求。3.5 構(gòu)造做法為了加強梁底碳纖維布的錨固及增加梁的抗剪能力,在梁端每側(cè)粘貼100mm 寬 U 型箍 3 道,在主次梁相交處每側(cè)粘貼100mm 寬 U 型箍兩道。1柱邊 3 個 U 型箍，寬 100mm ，間距 100mm ；2次梁每側(cè)2 個 U 型箍，寬 100mm ，間距 100mm； 3碳纖維 3 層4 、加固施工4.1 施工準備粘貼碳纖維加固工藝,施工質(zhì)量至關(guān)重要 ,直接關(guān)系到加固效果的好壞。為確保工程質(zhì)量，工程開工前對每個施工環(huán)節(jié)、環(huán)境因素、人員素質(zhì)進行了細

10、致周密的考慮，對施工現(xiàn)場進行了清理。4.2 施工步驟清除加固梁底及U 型箍處吊筋等障礙物。用砂輪機將粘貼部位打磨平整，U 型箍轉(zhuǎn)角處打磨成R20mm 的圓弧狀，用吹風機清除浮塵并刷丙酮去脂。涂刷基底樹脂（ JGN-E）使其滲透至混凝土內(nèi)部，以提高混凝土與碳纖維之間的粘結(jié)力。用整平材料補樹脂（JGN-F）修復，填補不平整部位。涂刷粘結(jié)樹脂（ JGN-D），隨即開始粘貼碳纖維布，多層粘貼時重復步驟（5）。粘貼完最后一層碳纖維布后再涂刷一道粘結(jié)樹脂（JGN-D）。4.3 施工要點因為通迅公司傳輸房屬城市生命線工程中的重點部位，加之本工程加固工作量大，在施工中特別注意以下幾點：混凝土與碳纖維布之間界面

11、處理和好壞直接影響到混凝土梁的加固效果。因此梁底面及U 型箍處必須反復打磨平整，去除混凝土劣化部位，凹陷、缺陷處用修補膠找平。粘貼碳纖維布時必須兩人密切配合，一人拉緊碳纖維布，一人用刮板從一側(cè)邊刮邊貼，保證不留氣泡，粘貼緊密。實踐證明，刮板粘貼碳纖維布效果很好，碳纖維布空鼓率基本為零。注意搭接區(qū)粘貼，做好標記，保證搭接長度150mm。經(jīng)現(xiàn)場錘測及邵氏硬度計測試，施工質(zhì)量達到優(yōu)良，取得了良好的加固效果。5 、結(jié)語工程實踐證明， CFRP加固技術(shù)對于混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的補強加固效果十分理想，在基本不增大梁的截面尺寸及自重的前提下，該技術(shù)在施工工期、材料耐久性、施工質(zhì)量等方面均達到了業(yè)主的要求，其綜合經(jīng)濟效益和社會效益良好，具有較大的推廣使用價值。僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f ü r den pers?nlichen fü r St