利用碳纖維材料為主要原料的碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)。始于20世紀(jì)80年代美、日等發(fā)達國家,我國起步較晚,發(fā)展較快,建筑領(lǐng)域從80年代后半期開始把它作為鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土鋼材的替代材料加以研究,并作為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的張拉材料、建筑物的外墻材料、既有結(jié)構(gòu)物的加固材料等加以利用,已經(jīng)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。
(一)碳纖維材料結(jié)構(gòu)加固適用范圍碳纖維材料適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補,如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、煙囪、筒體、殼體等結(jié)構(gòu);另外,磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進行加固。
具體說來可以但不限制于:利用碳纖維加固公路橋敦結(jié)構(gòu)、對既有鋼筋混凝土煙囪的加固;構(gòu)件抗彎加固、梁柱構(gòu)件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿斷裂加固、砌體的抗震加固、承載力不足加固、樓宇增層加固、框架柱軸壓比超限加固、樓板開裂加固、剪力墻開洞加固、樓面荷載增大加固、橋梁斷裂、舊橋大修加固和水塔加固等等。
(二)碳纖維材料結(jié)構(gòu)加固施工過程中的技術(shù)特點碳纖維比重小,施工便捷,加固以后不影響外觀和自重。碳纖維比重只有鋼鐵的1/4,厚度小于0.5mm,可以在基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸的狀況下,發(fā)揮強大的補強加固效果。補強功能全面,耐久性能好,還有優(yōu)良的抗紫外線及抗環(huán)境老化性能。
(三)碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時,應(yīng)通過配套粘結(jié)材料將碳纖維片材粘貼十構(gòu)件表面,使碳纖維片材承受拉力,并與混凝土變形協(xié)調(diào),共同受力。
(四)碳纖維片材可采用下列方式對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固:在梁、板構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進行受彎加固,纖維方向與加固處的受拉方向一致;采用封閉式粘貼、U形粘貼或側(cè)面粘貼對梁、柱構(gòu)件進行受剪加固,纖維方向宜與構(gòu)件軸向垂直;采用封閉式粘貼對柱進行抗震加固,纖維方向與柱軸向垂;當(dāng)有可靠依據(jù)時,碳纖維片材也可用十其它形式和其它受力狀況的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固;采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時,應(yīng)按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法進行承載能力極限狀態(tài)計算和正常使用極限狀態(tài)驗算;鋼筋和混凝土材料,{根據(jù)檢測得到的實際強度,按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定其相應(yīng)的材料強度設(shè)計指標(biāo);碳纖維片材應(yīng)根據(jù)構(gòu)件達到極限狀態(tài)時的應(yīng)變,按線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定其相應(yīng)的應(yīng)力;碳纖維片材應(yīng)取生產(chǎn)廠提供的不小于95%保證率的極限抗拉強度作為抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值;當(dāng)采用粘貼碳纖維片材對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進行加固時,應(yīng)考慮加固后對結(jié)構(gòu)中其它構(gòu)件或構(gòu)件的其它性能可能產(chǎn)生的影響;采用粘貼碳纖維片材進行結(jié)構(gòu)加固時,宜卸除作用在結(jié)構(gòu)上的活荷載。如不能在完全卸載條件下進行加固,應(yīng)考慮二次受力的影響;在受彎加固和受剪加固時,被加固混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的實際混凝土強度等級不應(yīng)低于Cl5.采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時,混凝土強度等級不應(yīng)低于C10。
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