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根据厚度密度要求,选择不同数量的碳纤,最后将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型。
碳纤维板 :碳纤维加固补强单向板材,其成型工艺是将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型。采用优质碳纤维原料与良好基本树脂,碳纤维板材具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能。
制成的碳纤维单向板材能充分发挥碳纤维的强度和弹性模量,在施工时可免除碳纤维单向织物的树脂固化阶段,强度利用效率高,施工方便。
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【关键词】预应力;碳纤维板条;粘结应力;粘结-滑移本构关系
1引言:
目前一些学者张珂[11]对预应力表面粘结碳纤维布、碳纤维板条张放后端部粘结应力进行了分析,并得到了碳纤维材料与混凝土的界面粘结应力变化规律,但缺乏对于预应力表层嵌贴碳纤维板条界面粘结应力的分析,随着碳纤维材料的进一步推广应用,表层嵌贴碳纤维板条技术在加固梁性能上面优势更加突显,如何分析预应力表层嵌贴碳纤维板条放张后界面的应力分布规律是研究的重点。已有的工作表明[10],预应力表面粘结以及预应力表层嵌贴的分析模式均采用了碳纤维与混凝土之间的剪切-滑移关系模型,比较预应力表面粘结碳纤维板条的界面粘结应力关系,由于预应力表层嵌贴加固技术碳纤维板条被埋置在了混凝土内部,在预应力的放张阶段存在残余应力,使结构的分析变的更加复杂。本文对预应力表层嵌贴碳纤维板条界面粘结应力做了充分分析,并且针对每个试件的参数提出了其能够承受的最大张拉预应力,通过本文的研究可以更好的对预应力表层嵌贴碳纤维板条加固技术进行利用。
2、界面粘结应力分析:
2.1线性界面剪切-滑移模型
现有的研究表明:预应力表层嵌贴碳纤维板条与混凝土试件之间粘结滑移-剪应力关系由上升段、下降段、平稳段三段组成。为了简化计算,采用了简便实用的且误差不大的线性模型,即:
式中: 为CFRP与混凝土界面间相对滑移量; 为界面剪应力; 为界面剪切强度; 为界面剪切强度 对应滑移量; ; 为界面最大相对滑移值; 为残余摩擦应力; 为界面发生剥离时板条的最大相对滑移;
2.2界面粘结应力分析
以图2 所示预应力CFRP表层嵌贴加固混凝土简支梁为例进行分析,梁底粘贴预应力CFRP板条,梁支座间净跨2 ,预应力碳纤维FRP长2 ,CFRP宽 ,厚 ,加固截面如图2 所示,假设碳纤维FRP板条在梁两端对称张拉,以跨中碳纤维FRP无变形截面为坐标原点建立坐标系,考虑对称仅考察右侧半边结构,X-X截面处碳纤维FRP变形如图2 所示,虚线和视线分别表示坐标X处碳纤维FRP放张前后的位置,放张前CFRP位置 ,放张后碳纤维FRP发生粘结滑移,新的位置为 。
为初始施加碳纤维FRP的预应力,对应初始预拉应变为 , ,放张前CFRP应力处处相等,均为 ,放张后定义坐标X处碳纤维FRP应力降低至 ,CFRP中拉应力为 ,界面剪应力为 。
分析时假定:混凝土不会发生压缩变形;CFRP在受拉方向厚度、模量、宽度不发生变化;界面剪应力-CFRP相对滑移 关系采用式(1)所给出的双线性关系。
碳纤维FRP在端部相对滑移量最大,跨中横截面则无相对滑移,剪应力从跨中向端部逐渐增大,其变化规律为:当初始应力 较小,端部CFRP滑移 时, ,粘结剪应力分布如图3a所示; 增大,当 时, ,定义 为 ,剪应力分布如图3b所示; 继续增大, , 出现下降段,分布如图3c所示; 继续增大,当 时, ,剪应力分布如图3d所示,若继续增大 ,CFRP将发生剥离,定义此时 为 。
2.2.1、 时界面粘结应力 分析
先对图3a进行分析,初始预应力 较小时, 处于上升阶段且未达到 ,定义 时, 达到理论上的 , 为引入的虚拟参数。引入式(1)双线性剪切滑移关系:
2.2.2、 时界面粘结应力 分析
当 从 开始继续增大时,剪应力分布如图3c所示,定义 , 定义为软化长度,与前述推导类似,当 时式(13)依然成立。
双曲线下降段 继续应用双曲线剪切滑移本构关系:
3结论
1) 得出预应力表层嵌贴碳纤维板条放张后混凝土与碳条之间的粘结应力变化规律。
2) 在已有的模型上通过公式推导表层嵌贴碳纤维板条施加的最大预应力计算公式。
3) 通过建立了自己粘结滑移曲线参数,当使用其他型号碳纤维板条时依然可用。
参考文献
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关键词:钢板桩围堰, 承台, 基坑
Abstract: the steel sheet pile cofferdam used in deep water or deep foundation pit, the velocity of the larger arenaceous kind of soil, clay, gravel soils and weathered rock, hard bed, waterproof properties is good, and the overall rigidity is stronger, according to the needs of the construction with different length of steel sheet pile, ensure the safety of construction pile caps is quality.
Keywords: steel sheet pile cofferdam, elevated pile caps, foundation pit
中图分类号: TU74 文献标识码:A 文章编号:
工程概况:某大桥主桥墩靠近河床边,承台为矩形、尺寸为28×14×4m。根据地质勘察资料显示,桥址区按其成因分类,主要为第四系全新统人工填土层为种植土,第四系全新统冲积层,主要为粉质黏土、粉土、粉砂、细沙、中砂、粗砂、砾砂。
1 总体方案
根据地质条件采用钢板桩围堰施工,钢板桩围堰平面尺寸为30×16m,采用18m拉森Ⅵ型钢板桩,设二道圈梁和内支撑。圈梁第一道采用2I45a,材质Q235B,第二道采用2I56a,材质Q235B;第一道内支撑采用φ600×6、第二道内支撑采用φ600×6,围堰设计施工水位为+46.0m,钢板桩围堰施工包括圈梁和内支撑下放与安装及钢板桩插打,需保证承台施工在此水位前完成。
2 施工工艺及流程
2.1 技术准备
复核承台中心线、方向、高程,确定承台平面位置,落实水文地质资料,结合墩位实际情况,定好钢板桩插打位置和钢板桩插打方案。
2.2钢板桩施工要点和技术要求
钢板桩运到工地后,应进行检查、分类、编号及登记,整修后钢板桩应符合下列技术要求:
每组钢板桩的宽度允许偏差为±30mm;同一围堰的钢板桩只能用同样的锁口,锁口内外应光洁、并呈一直线;锁口在拼装处的高低偏差均不得大于2mm;锁口拼接处应尽量紧密,间隙不得大于3mm;全长不得有焊瘤、钢板或其他突出物,应保持平滑,两端均应切割整齐,上端按拔桩需要开圆孔(千斤绳眼)并焊钢板加固圆孔,选择、整修钢板桩,将黄油、沥青混合物嵌入锁口内;检查钢板桩两边锁口用弧形夹箍将钢板桩夹成与内导环相符的弧度;
钢板桩组锁口缝用棉絮和桐油灰嵌缝,嵌缝方法用竹杆塞棉絮,外面再涂一道桐油灰或防水油膏;检查打钢板桩用的沉桩锤;在钢板桩锁口部位采用涂黄油,在钢板桩封底混凝土部位涂沥青,以便于插打和抽拨。
钢板桩的准备工作完成后,用吊机按插打顺序堆码。堆码层数最多不宜超过四层,每层用垫木搁置,其高差不得大于10mm,上下层垫木中线应在同一垂直线上,允许偏差不得大于20mm;
2.3导向框安装
在钢护筒上搭设临时施工平台,在施工平台上安装插打钢板桩的导向框,该导向框的作用在于插打钢板桩时起导向作用。
安装导向框时,要进行测量定位,导向框一般做成矩形。
2.4钢板桩插打
利用履带吊机配合震动打桩锤插打,板桩插打导向架采用型钢焊接;插打一般自上游侧中间部位向两侧并插打至下游侧中间部位合龙。
安插钢板桩采用履带吊配合,将钢板桩从地上吊起,使钢板桩成垂直状态,移向安插位置,插入已就位的钢板桩锁口中。起吊前,锁口内填嵌黄油沥青混合料。箍紧钢板桩用的弧形卡箍,在插入锁口时逐个拆除。
钢板桩的插打方向采取从一侧开始,向两侧插入,在下游侧合拢。这样两边延伸,可连续作业,加快施工进度。
为使钢板桩在插下时有准确方向,在导向框内导环上预先设置导向木,第一组钢板桩即顺此导向木插下。
每组钢板桩插完以后,用短钢筋头点焊固定在导向框顶层内导环上,当遇到悬挂外导环吊杆的挑梁时,应及时拆除,并用钢筋钩将外导环悬挂在已插好的钢板桩上,以免外导环变形。
在使用拼接接长的钢板桩时,钢板桩的拼接接头不能在同一断面上,相邻桩的接头上下错开至少2m。为此,在组拼钢板桩时要预先配桩,在运输、存放时,按插桩顺利堆码,插桩时按规定的顺序吊插。
钢板桩插打完成以后,必须将外导环与钢板桩之间空隙逐个以硬木塞紧,以免变形。
在插桩过程中,应做到“插桩正直、分散偏差、有偏即纠、调整合拢”的要点。
2.5钢板桩合拢
在合拢前剩最后5~7片钢板桩未插打时,开始测量并计算钢板桩底部的直线距离,再根据钢板桩的宽度,计算出所需钢板桩的片数。
2.6内支撑安装
在低水位时将第一层内支撑钢管,型钢安装到位(包括导环及内支撑钢管),第一层内支撑采用2I45a,材质Q235B,内支撑采用φ600×6的钢管。
围堰内抽水,安装第二层内支撑(包括导环及内支撑钢管),第二道采用2 I56a,材质Q235B,内支撑采用φ600×6的钢管。
2.7施工中可能遇到的问题和预防措施。
在插打钢板桩前,除在锁口内涂以油以减少锁口摩阻力外,同时在未插套的锁口下端打入铁楔或硬木楔,防止沉入时泥沙堵塞锁口。
在钢板桩轴线附近钢板桩顶部设计高程处应作标记,施工中用水平尺和高程标记进行高程偏差控制。为防止先打入的钢板桩与随后打入的桩一起下沉,在桩有下沉趋势时,用气割将钢板桩腹板烧一小洞,在洞里插入钢筋,钢筋两端放在样架上,以阻止钢板桩下沉。
对于围堰锁口变形出现的渗漏,可在漏水锁口处的围堰外侧利用导管投撒细煤渣,煤渣沉至漏水高度处即可堵塞漏水;或用麻袋盛装细煤渣沉入水中,用活扣反倒在漏水位置,亦可堵漏。
2.8钢板桩围堰监控
由于水中墩钢板桩围堰较常规深,结构受力复杂,钢板桩及内支撑受力大小与结构布置、施工等多方因素相关,为保证钢板桩围堰施工过程的安全,有必要对钢板桩及围堰内支撑进行测量观测,当测量点变形超过2cm时需分析原因找出问题。
为达到检测目的,使收集的数据具有代表性,测点布置的原则是在钢板桩、内支撑上分别布置。围堰内共选取4根钢板桩布置测点,分布位于4个围堰边的中间段,每根钢板桩顶布置1个测点。
选第1、2道内支撑布置测点,在圈梁的跨中,1/5处及斜撑的跨中布置,内支撑共布置测点7个。
2.9钢板桩拔除
承台施工完毕后,将钢板桩围堰和承台之间的缝隙填砂上,然后拆除内支撑,进行墩身施工。待墩身出水面后,往围堰内灌水,拆除钢板桩围堰。钢板桩围堰拆除工作与围堰施工程序应相反进行。钢板桩拔除先由下游方向开始,对称施工至上游方向,采用振拔锤配履带吊进行施工。拆除过程必须时刻注意施工安全。
钢板桩拔除方法:先用打拔桩振动锤夹住钢板桩头部振动1min~2min,使钢板桩周围的土松动,产生“液化”,减少土对桩的摩阻力,然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况,发现上拔困难或拔不上来时,应停止拔桩,可先行往下施打少许,再往上拨,如此反复可将桩。
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申明:本网站内容仅用于学术交流,如有侵犯您的权益,请及时告知我们,本站将立即删除有关内容。 【摘要】 主要介绍碳纤维材料作为一种新型建材将有效地解决这个问题,它具有强度高,重量轻,有较强的变形能力,从而能在各种形状结构上进行修补、加固,施工便捷、工效高,将广泛用于建筑物结构老化的处理,有效地增加建筑物的使用寿命。
【关键词】 碳纤维 粘贴 共同作用 结构补强加固
1、钢筋混凝土结构加固补强加固方法的简介
1.1传统的加固技术
对钢筋混凝土结构的加固补强经过了结构工程师们长期的实践和总结,主要采用了加大载面加固法、外包钢法和粘钢加固法、增加附加支撑、改变受力体系加固法、预应力加固法、修补法。
这些方法对改善建筑物的结构强度、刚度及耐久性等都起到了一定的作用,经过工程实践证明都是行这有效的,而且在今后相当一段时期,仍然会广泛的得到应用。但这些方法在简化工程、满足正常生产要求等方面存在多方面的不足,影响正常生产或生活,采用这些方法加固补强一般应在建筑物停止使用时进行,因此社会效益和经济效益都很差。
碳纤维加固混凝土结构的原理是采用专门的树脂胶将碳纤维粘贴于混凝土结构受拉表面,碳纤维与原结构形成新的受力整体,碳纤维与钢筋共同承受荷载,降低了钢筋应力从而使结构达到了加固和补强效果。
1.2 粘贴碳纤维加固技术
用于建筑结构补强加固的碳纤维材料,其强度一般为建筑钢材的八到十倍,弹性模量与建筑钢材在同一水平并略有提高,是一种优良的抗拉材料,这些特点为建筑结构补强加固提供了技术支持。与传统的加固技术相比有高强高效、很强的抗腐蚀性能及耐久性、不增加构件的自重及断面尺寸、施工便捷、工效高、施工质量易保证、不影响建筑物的正常使用、使建筑物增寿、适用面广泛等特点。
2、碳纤维加固工程的施工与验收
2.1 加固施工方案的编制依据
采用碳纤维加固工程施工方案的编制依据主要有以下内容:
1、工程设计图纸(原设计图纸和加固设计图纸)
2、《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90)
3、《建筑现场临时用电安全技术规程》(JGJ46-88)
4、《建筑工程施工现场供用电安全规范》(GB50194-93)
5、《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300-2001)
6、《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS146:2003)
2.2 碳纤维施工工艺
碳纤维加固工程施工工艺主要包括施工准备、砼表面处理、配制并涂刷底层树脂粘贴面找平处理、碳纤维布(板)剪裁、涂刷浸渍树脂或粘贴树脂、粘贴碳纤维片材表面防护、施工工序及工艺的验收等。
2.2.1 施工准备
1、施工前应认真阅读原设计和加固设计施工图,按设计图纸在加固部位放线定位;
2、根据现场和被加固构件混凝土的实际情况规定施工方法和施工作业计划;
3、对所使用的碳纤维片材、板材配套树脂、机具等进行详细的了解,掌握要点并做好施工前的准备工作。
2.2.2 混凝土的表面处理
1、应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土结构层;
2、被加固构件表面打磨平整(用混凝土表面抛光机具),除去表层浮浆,油污等杂质,直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状,圆弧半径不应小于20mm。并用修复材料将表面修复平整;
3、应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理;
4、表面打磨后,应用强力吹风器将表面粉尘彻底清除并保持干燥。
2.2.3 配制并涂刷底层树脂
1、应按产品生产厂家提供的工艺规定配制底层树脂;
2、应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。在底层树脂表面干燥后(且手指触摸无粘附感),尽快进行下一工序的施工。
2.2.4 粘贴面找平处理
1、按产品生产厂家提供的工艺规定配制找平材料;
2、混凝土表面修补应选用丙酮将表面浮尘擦去,有凹陷处,应使用修补胶找平;有段差或转角部位应抹成平滑曲面;
3、转角处应采用找平材料修理或为光滑的圆弧,半径不应小于20mm;
4、用刀头宽度≥100mm的刮刀对凹坑实施填塞修补、找平,找平程度按目测无明显的刮板或刮刀痕迹纹理平滑为准。
5、应在找平材料表面树脂干燥后尽快进行下道工序施工。
2.2.5 碳纤维布(板)剪裁
1、按设计规定尺寸剪裁碳纤维布(板),切记必须满足设计尺寸,严禁斜切碳纤维布(板)并防止出现拉断现象;
2、保证剪裁后的碳纤维方向与粘贴部位的方向一致;
3、剪裁成型的碳纤维注意保护洁净不受污染。
2.2.6 配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂
1、配制粘结剂前应仔细阅读其使用说明书。
2、按粘贴面积确定每次用量,以防失效浪费。
3、严格按重量比计算使用配制。
4、按厂家配合比和工艺要求进行配制,且应有专人负责。搅拌应顺时针一个方向搅拌直至颜色均匀,无气泡产生,并应防止灰尘等杂质混入。
5、调制好的粘结剂抓紧使用。
2.2.7 粘贴碳纤维材料
粘布:
1、粘贴前应对混凝土表面再次擦试,确保粘贴面无粉尘。
2、混凝土表面涂刷结构胶必须做到涂刷稳、准、匀的要求,即:稳,刷涂用力适度,尽量不流不坠不掉;准,涂刷不出控制线;匀,涂刷范围内薄厚较一致。
3、碳纤维布粘贴时同样要稳、准、匀,核心要求做到放卷用力力适度,使碳纤维布不皱、不折、展延平滑顺畅。
4、滚压碳纤维必须从一端向另一端滚压,不宜在一个部位反复滚压揉搓,滚压中让胶渗透纤维布,做到浸润饱满。碳纤维布需要搭接时,必须满足规范要求搭接长度≥100mm。
5、多层粘贴时,应在碳纤维织物表面指触干燥后立即进行下一层的粘贴。如超过40分钟,则应等12小时后再行涂刷粘结剂粘贴下一层。
粘板:
1、按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板,并按产品生产厂家提供的工艺规定配制粘结树脂;
2、应将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘。当需粘贴两层时,底层碳纤维板的两面均应擦拭干净;
3、擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷粘结树脂,树脂层应呈突起状,平均厚度不应小于2mm;
4、应将涂有粘结树脂的碳纤维板用手轻压贴于需要粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实,使树脂从两边挤出,保证密实无空洞。当平行粘贴多条碳纤维板时,两条板带之间的空隙不应小于5mm;
5、需粘贴两层碳纤维板时,应连续粘贴。当不能立即粘贴时,再开始粘贴前应对底层碳纤维板重新进行清理。
2.2.8 表面保护
碳纤维材料虽然抗拉强度很高,但其抗剪耐磨性很差,尤其遇到锋利金属或粗糙表面摩擦时容易断丝或抽丝,会降低碳纤维与混凝土结构的共同作用。因此,粘贴完碳纤维布或板后应对其表面采取防护措施,如用批刀批树脂、水泥砂浆或用钢丝网箍外抹水泥砂等方法以保护碳纤维表面不受损伤。
2.3 施工安全和注意事项
2.3.1 碳纤维材料为导电材料,因此施工碳纤维材料(剪裁或粘贴过程中)时应远离电气设备和电源,或采取可靠的防护措施同时也要考虑加固后的结构构件防漏电措施。
2.3.2 在施工过程中要避免碳纤维材料(片板)受到弯折,避免碰锋利器具出现抽丝或断丝。
2.3.3 配套的树脂原料应密封储存,应远离火源并避免阳光直接照射。
2.3.4 配制树脂场所和粘贴施工场所必须保持良好的通风粘结材料配制量应根据作业用量和作业时间控制,不应剩余过量造成浪费。
2.3.5 粘结剂系有毒有害物品,除了要有严格的工作环境之外施工人员必须按要求配戴劳动保护用品。
2.3.6 施工宜在5℃以上的环境温度条件下进行,当环境温度低于5℃时应使用适用于低温环境的配套树脂或采取升温处理措施。
2.3.7 如果环境湿度对树脂固化有不利于影响(主要根据树脂胶浆固化时间参数确定)应考虑干燥环境降低环境湿度或采取其它措施。
2.3.8 大气污染严重(主要是指粉尘)或大风阴雨恶劣天气情况下应考虑停止作业。
2.4 检验与验收
2.4.1 施工开始前应确认碳纤维材料和粘结剂,底层树脂、找平材料等产品合格证、质量检验报告。
2.4.2 施工质量检验及验收标准见下表4.4.2
施工质量检验与验收标准记录
序号
检验项目
合格标准
检验方法与频数
1
粘贴位置与设计位置相比
中心线偏差≤10mm
钢尺测量,全部检查
2
碳纤维粘贴量
大于设计数量
实量,计算全部
3
粘贴质量
a.单个空鼓面积1000 mm2
b.空鼓面积之和<5%总粘贴面积
锤击法,全部
4
粘结剂厚度
板:2mm±1.0
织物 <2mm
卡尺测量,每构件3处
2.4.3 粘贴质量发现空鼓必须进行处理,当单个空鼓面积<1000mm2时,采用充胶修复;大于1000 mm2时,割除修补。割除修补时应沿空鼓边沿,将空鼓部分的碳纤维割除,以每边向外缘扩展100mm粘贴碳纤维材料,用同样粘结剂补贴在原处。
2.4.4 混凝土粘贴碳纤维复合材料施工质量现场检验方案:
1、取样:
a、现场检验的取样应在粘贴的碳纤维复合材料达到完全固化之日进行,若因故推迟取样日期,除应征得监理单位同意外且不得超过3天;
b、对梁、柱构件的取样应以同规格、同型号的构件为一检验批。由检验人员随机抽放受检构件。取们数量按每批构件数的10%确定;但不少于3根,每根受检构件应粘贴不少于3个金属标准试块作为一组试样进行试验。标准试块应随机布置,且最小间距在200mm以上。对板、墙类构件的取样应以同规格、同类型的构件为一检验批,并按实际粘贴的碳纤维表面积(不论层数),每200mm2(不足200mm按200mm2计)取一组式样,每组试样为3个金属标准块。
c、由检验人员随机确定粘贴位置。
d、金属标准块有方形和圆形两种,可根据实际情况选用。方形标准块尺寸为40×40mm,圆形标准块的直径为50mm,标准块的厚度不小于20mm,采用铝合金或钢材制作。
2、式样制备
a、表面处理:加固表面应清除污渍并保持干燥;
b、切割预切缝:从加固表面向混凝土基材内部切割预切缝,切入混凝土深度10~15mm,缝的宽度1~2mm,预切缝形状两边长40mm的正方形或直径为50mm的圆形,选用的金属标准块的形状而定。
c、粘贴钢标准块:选用粘结剂,其正拉粘结强度应大于粘贴碳纤维的树脂的正拉粘结强度。金属标准块粘贴后应及时用胶带固定,在粘贴剂完全固化前不得扰动。
3、试验步骤
a、试验员按规定安装仪器并连接钢标准块。
b、均匀加载,记录破坏时的荷载值并观察破坏形态。
c、试验结果。
正拉粘结强度按下式计算:f=p/As
式中f――正拉粘结强度MPa
p――试样破坏时的荷载值N
As――金属标准块的截面面积mm2
d、四种破坏形式:
1)混凝土破坏,混凝土自身破坏以Af表示;
2)层间破坏:粘结剂与混凝土复合涂层破坏以Bf表示;
3)碳纤维材破坏:破坏发生在碳纤维片材内部以Cf表示;
4)粘结失效:破坏发生在碳纤维片材与金属标准块之间以Df表示。
4、对试验结果正常性的判断:
【关键词】受弯构件;房屋结构;预应力;碳纤维布
一、房屋受弯构件概述
房屋结构中的受弯构件是房屋设计中的重要组成部分。所以必须要了解其基本概念。
1.1受弯构件定义
在房屋结构中,只受弯矩作用或弯矩与剪力共同作用的构件,或以受弯受剪为主但作用很小轴力的构件,均称为受弯构件。其受力特点为上部受压,下部受拉,一般为梁、板等构件。
1.2受弯构件的破坏形式
学术界对房屋受弯结构的破坏形式分类有很多种,作者认为,当前房屋建筑的受弯结构破坏可以按照两种方式进行分类:截面破坏和稳定性破坏。1.2.1截面破坏受弯构件在荷载等因素的作用下,可能发生两种主要的截面破坏:一种是沿弯矩最大的截面破坏,另一种是沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面破坏。当受弯构件沿弯矩最大的截面破坏时,破坏截面与构件的轴线垂直,称为沿正截面破坏;当受弯构件沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面破坏时,破坏截面与构件的轴线斜交,称为沿斜截面破坏。进行受弯构件加固设计时,既要保证构件加固沿正截面发生的破坏,又要加固构件沿斜截面发生破坏,因此要进行正截面承载能力和斜截面承载能力计算。1.2.2稳定性破坏1)整体失稳对于存在单向受弯构件的房屋,其受弯构件在荷载不大时仅在最大刚度平面内产生弯曲变位,当荷载达到某一数值时,构件有可能突然产生在最大刚度平面外的弯曲变位(也称侧向变位和扭转变形);若荷载继续增大,构件侧向变位和扭转将急剧增加,从而导致丧失承载能力,构件从平面弯曲状态变为弯扭状态的现象称为整体失稳,也称为弯扭失稳。这代表受弯构件整体行已经受到伤害,需要进行加固处理。2)局部失稳钢筋房梁等受弯构件在受荷情况下,如果板件出现波浪形鼓曲,称为局部失稳。对于型钢房梁构件,由于壁较厚,制作时已满足局部稳定要求,故不发生局部失稳;而对于钢结构组合构件,截面离型心较劲的话,即翼缘宽而薄,腹板高而薄,这样使板件宽厚比或高厚比例失调,容易导致局部失稳。局部失稳不一定表示受弯使构件已经被破坏,但会降低构件受力性能,提高了构件的整体失稳几率,所以对局部失稳也要进行加固设计。
二、对房屋结构中受弯构件加固的设计
对于房屋结构中受弯构件的加固设计,可以使用以下几种加固方式进行加固:
2.1直接加固
1)外包钢加固法外包钢法指的是对于房屋的受弯结构周围使用敷盖型钢的方式进行加固的方法。对于具体的加固流程,可以采用干式和湿式两种方式。对于一般的受弯构件或者受破坏程度较低的构件,可以直接用干式外包钢进行加固,就是将角钢直接覆盖在受弯构建的周围;当以乳胶水泥粘贴或以环氧树脂化学灌浆等方法粘贴时,称之为湿式包钢加固。外包钢法具有受力可靠、施工简便、现场工作量较小,不影响结构外形等优点。但缺点是用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600℃以上高温场所;此法适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
2.2碳纤维加固
2.2.1碳纤维加固技术概论碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的受弯结构加固设计技术,它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于受弯结构的表面,增强受弯结构的稳固性(图三)。碳纤维材料用于受弯结构加固设计始于上世纪80年代,21世纪头十年逐渐从美、日等发达国家流入我国。随着碳纤维合成技术的逐渐成熟,我国建筑业也开始大量于建筑物加固上使用该材料技术。碳纤维加固在受弯结构加固补强中,有以下优点:1)抗拉强度高,是普通钢材的10倍;2)加固后能大大提高房屋受弯结构的耐腐蚀性及使用时间;3)自重轻(约200g/m2),密度只有普通钢材的1/4;基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪,适用范围广,适合任何形状;4)施工简便(不需大型施工机构及周转材料),没有湿作业,易于操作,经济性好;5)适用范围广,施工工期短。2.2.2碳纤维加固具体施工设计方法首先,混凝土表面处理应清除被加固受弯构件表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀的劣化混凝土,清理出构件的结构层。将被加固构件表面打磨平整,将直转角粘贴处打磨成圆弧状,并进行导角处理,圆弧半径不应小于20mm,去除表层浮浆、油污等污染物,并用修复材料将表面修复平整,完成后续干燥处理,对裂缝进行灌缝或封闭。第二、配制并涂刷底层树脂按照特定的技术工艺配置或者购买底层树脂,用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于受弯构件表面,迅速找平,完成干燥后进入下一道工序。第三、粘贴碳纤维板按施工现场测量的尺寸裁剪碳纤维板,并按产品生产厂提供的工艺规定配制粘结树脂。擦拭碳纤维板表面,粘贴几层擦拭几层。擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷粘结树脂,树脂层应呈突起状,平均厚度不应小于2mm。轻压贴于需粘贴的位置,用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实,使树脂从两边挤出,保证密实无空洞。当平行粘贴多条碳纤维板时,两条板带之间的空隙不应小于5mm。结构表面防护当需要做表面防护时,应按有关规范的规定处理,以保证防护材料与碳纤维之间粘结可靠。
2.3植筋加固
植筋加固技术是一项针对房屋结构较简捷、有效的连接与锚固技术。对于需要扩大面积或则增加楼层的建筑物,必须增加受弯结构的承重力度,但是原有的建筑物在钢筋的设计上与扩建后的建筑物存在出入,这时候可以使用植筋加固。一般来讲,植筋加固可以使用普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋。当前市场上植筋加固的使用程度较为广泛,比如,房屋扩建、漏埋钢筋、加大承重力度、上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长等。所以,钢筋植入是一种有效的加固建筑物的加固方式。植筋标准施工程序是:划线定位—钻孔-清除孔尘-灌注结构胶-钢筋处理-植入钢筋-养护固化-质量检验。此外,对于房屋结构的加固设计,还有很多种方式,比如:粘钢加固,预应力加固、加大截面加固技术、置换混凝土加固技术、裂缝修补技术等,都可以作为房屋结构中受弯结构构件的加固和补强设计。使用哪种设计方式,需要根据建筑物的状态、使用方向以及使用年限等具体信息进行确定。
三、总结
综上所述,随着经济的发展,房屋结构的受弯结构构件加固已经成为建筑业市场上一个新的经济增长点,需要加固的建筑在未来会不断增加,面临的情况也会更加复杂。所以,我们要不断学习和实践各种新型加固技术,结合实际情况设计不同的加固方案,提高加固施工的效率和质量,推动我国建筑业的不断前进。
参考文献