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碳纖維加固混(hún)凝土結構的(de)研究

release time:2018-12-27 09:40:51Post author:施(shī)邦實業Article Source:施邦實業

一、抗彎加(jiā)固性能
在混凝土結構的受拉區粘貼(tiē)碳纖維,可(kě)有效提(tí)高其承載能力,抑製裂縫擴展。碳纖維加固後混凝土結構的破壞特征(zhēng)與普通混凝土結構(gòu)以及粘鋼加固的混凝土結(jié)構有較大的(de)區別,其承載力的計算方法也不相同(tóng)。國內外學(xué)者的研究主要集中在(zài)碳纖維加固混凝土梁的抗彎性能、破壞形態、承載力計算、影響參數以及碳纖維加固後混凝土梁的截麵變形、裂縫開展(zhǎn)等方麵。近(jìn)幾年來,不少學者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、滯後應變及跨中撓度的計算(suàn)公式。


二、抗剪加固性能
在混(hún)凝土梁的(de)受剪區側麵粘貼(tiē)碳纖維能有效提高其抗剪能力,工程中常用的受剪(jiǎn)加固方法有側麵粘貼、U型粘貼和包(bāo)裹粘(zhān)貼3 種方(fāng)式,其(qí)中以包裹粘貼(tiē)效果最好。影響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、碳纖維配筋(jīn)率、梁的剪跨比、碳纖維的粘貼方式與錨固性能、碳纖維及粘結膠本身的材料性能等。目前,國內外對抗剪加固的研究(jiū)主要包括(kuò)破壞機(jī)製和承載力的計算等方麵,其中承載力計算的理論模型,一般是在鋼筋混凝土構件桁架理論模型的基礎上,增加碳纖維對抗剪承載力貢獻項。


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三、抗震加(jiā)固性能
通過外包碳纖維約束塑性鉸區混凝土以提高混凝土的極限壓應變,可提高構件延(yán)性,有利於結(jié)構的抗震加固。目前(qián)國內外不少學者進行(háng)了外包碳纖維加固混凝土柱、梁柱節點乃至框架的抗(kàng)震性(xìng)能試驗研究、理論分析和工(gōng)程應用研(yán)究,提出了相應的碳纖維約束混凝土應力-應變(biàn)關係的計算模型。


研究表明,側向約束模(mó)量和側向約束強度是(shì)影響碳纖維約束混凝土結構延(yán)性特征和滯回耗能性能的兩個重要參數。此外,研究在鋼管混凝土和套管混凝土的研究基礎(chǔ)上,首次提(tí)出(chū)了約(yuē)束鋼管(guǎn)混凝土(tǔ)的概念,在(zài)這種新型鋼管混凝土柱中,為增強結構的抗震性能,在(zài)可(kě)能(néng)出(chū)現塑性(xìng)鉸的部(bù)位設置了(le)碳纖維(wéi)橫向附加約束。附加套箍能有效地防止或延遲鋼(gāng)管混凝土柱中通長(zhǎng)的鋼管在塑性(xìng)鉸區域發(fā)生局部屈曲,提高了結構的承載性能(néng)與延性,從而改善抗震性能。國(guó)內外已有許多應用碳纖維加固(gù)房屋結構柱與橋柱的成功案例。為方便施工,還開發出了碳(tàn)纖維自動纏繞(rào)係統。


四、抗(kàng)疲勞加(jiā)固性能
碳纖維片材加固構件的疲勞分為彎曲疲勞和剪切疲勞2種,根據荷載(zǎi)形式又可分為(wéi)常(cháng)幅荷載和變幅荷載下的疲勞問題。碳纖維片材加固構件的疲勞強度,除了與原有(yǒu)混凝土(tǔ)結構的抗疲勞能力有關外,還與碳纖維加固部分的疲勞斷裂能力以及碳纖維片材與混凝(níng)土界麵的抗疲勞(láo)破壞能力有關。混凝土抗彎疲勞理論(lùn)可以用(yòng)來評價原有混凝土結構的抗疲勞能力,碳纖維片材自身的抗疲勞能力可以通過材料力學實驗解決(jué),但關於碳纖維片材(cái)與混凝土的界(jiè)麵的抗疲勞(láo)破壞能力的(de)研(yán)究積累甚少,目前僅有少量試驗結果,這些研究表明,在(zài)重複、移動荷載作用下,界麵的(de)粘結(jié)能(néng)力有下降的趨勢。


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五、預應力技術(shù)
對(duì)於(yú)撓度過大(dà)的受(shòu)彎構件或(huò)開裂嚴重的混凝土梁、板,簡單的碳纖維貼片加固法難以有效地增強(qiáng)其(qí)剛度,材料的作用得不到充分利用。采用預應力碳纖維加固技(jì)術可(kě)平衡加固梁的部分荷載,有效(xiào)減少加固梁的撓度變形,延(yán)緩梁開(kāi)裂,減少裂縫寬度,降低早期剝離破壞(huài)的可能性,提高梁的承載力。目前,一些學者對碳纖維(wéi)預(yù)應力加固技術(shù)在不同負(fù)載下的碳纖維預應力張拉工(gōng)藝、端部錨固措施、預應力損失及承載力計算、界麵應力傳遞及抗疲勞性能等(děng)方麵進行了(le)一些試驗研究和理論分析(xī),並開始了工(gōng)程實際應用。


六、耐久性加固性能
國內外對碳纖維加固混(hún)凝土構件的耐久性能開展了多項內容的試驗研究,研究參數包(bāo)括構件類型(梁、柱)、碳纖維類型(AFRP,CFRP,GFRP)、粘貼方式(shì)(環向、軸(zhóu)向)、環境類型(室溫、幹濕、凍融)、樹脂類型等。研究表明,在惡劣環境下CFRP比GFRP性能好,幹濕作用下,CFRP約束試件的強(qiáng)度與延性沒有降低,剛度得到提高,而GFRP約束試件的強度與延性都降(jiàng)低了,剛度未受影響;凍融循環作用下,CFRP和GFRP約束(shù)試件的強度與延性顯著降低,剛度未受影響,與室(shì)溫及幹濕循環作用下試件相比,受凍融作用試件的破壞方式更具災害性。海水(shuǐ)腐蝕後(hòu),普通(tōng)鋼筋混凝土梁、柱(zhù)與CFRP加固鋼筋混(hún)凝土梁、柱的承載力都降低(dī),但CFRP加固混凝土梁的剛度幾乎未受到任何影響。


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(jiā)固混凝土砌塊牆與磚牆的抗(kàng)剪性能、平麵(miàn)外與平麵內抗彎性能、沿通(tōng)縫的抗(kàng)剪性能(néng)、單調(diào)荷載作用(yòng)下的短(duǎn)期力(lì)學性能、低周往複荷載試(shì)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)計建議;


對采用碳纖維纏繞加固磚柱的力學性能、磚拱和穹頂的加(jiā)固性能(néng)也進(jìn)行了研究。試驗結(jié)果表明,牆(qiáng)體的破壞(huài)形式由加固(gù)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(qiáng)度和延性,能有效減小剪切變(biàn)形,改善結構整體的延性與抗(kàng)震性能(néng),提高(gāo)砌體結構的承載力。從國內(nèi)研究現狀看,大部分的內(nèi)容集中在碳纖維加固後的(de)牆片在平麵內水平低周反(fǎn)複荷載作用下的抗震性能研究上,研究結果表(biǎo)明,碳纖維加固能夠明顯提高牆體的平麵內水平抗剪強(qiáng)度,增強變(biàn)形能力,改善結構的延性。


八、鋼結構加固性(xìng)能
碳纖維除了用於鋼結構的防腐蝕、防老化及其他(tā)一(yī)般性的(de)加固外,對鋼結構建築及鋼製品等的(de)加固方法革新也越來越成為人們所關心的問題。目前研究(jiū)重點主要圍繞碳纖維對鋼結構的失穩加固、界麵黏結性能及荷載的傳遞效應、承載力計(jì)算方法以及加(jiā)固後抗疲勞(láo)性能等方麵開展。


九、其他加固(gù)性能
麵對以爆炸為主的恐怖主義以及人為災害日趨嚴重的(de)威脅(xié),結構(gòu)抗爆逐漸成為研究的熱點,碳纖維由於(yú)其(qí)眾多優越性,在結構抗爆中有廣闊的應用前景。已有的研究成果表明,碳纖維用於抗爆加固可有效提高構件和結構的抗爆性能抗(kàng)衝擊以及(jí)抗人為災害性能。國內外一些學者對碳纖維加固火災後混凝土結(jié)構(gòu)、碳纖維加固結構的抗(kàng)扭性能、可(kě)靠性以及加固木(mù)結構、節點、隧(suì)道等(děng)特種(zhǒng)結構均做了一些研(yán)究。




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