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    分析碳纖維布加固和粘鋼加固的適用性

    2018-8-11 10:35:47??????點擊:

    碳纖維布加固法是近年來在工程加固領域興起并廣泛應用的新型加固技術。碳纖維布本身高強的性能及便捷的操作性能使得它越來越受到加固人的青睞。然而,近日聽到有人說,凡是粘鋼加固的工程完全可以用碳纖維布加固來代替?這其實是一種錯誤的說法。雖然兩者有很多相似之處,但是在加固應用上還是有所區別的?,F在,就和大家一起來認識一下:碳纖維布加固和粘鋼加固的適用性。

    一、粘貼碳纖維布和粘鋼加固原理相同

    粘貼碳纖維布和粘鋼加固法是利用樹脂類膠結材料將碳纖維布或鋼板粘貼于結構表面,并與結構形成整體受力體系,增強被加固結構的抗彎或抗剪能力,從而達到對結構加固補強及改善結構受力性能的目的。

    二、粘貼碳纖維布和粘鋼加固的主要優缺點

    粘貼碳纖維布和粘鋼方法作為加固技術中的姊妹方法,具有相似的主要優缺點。

    1.主要優點

    堅固耐用;施工快速;簡潔輕巧,不損傷原結構,不改變結構外觀,現場無濕作業,結構自重增加極微,不會導致建筑物 內其他構件的連鎖加固;靈活多樣;經濟效益較高。

    2.主要缺點

    施工受環境條件限制,環境溫度不超過60℃,粘貼時濕度不超過70%,無化學腐蝕環境,否則應采取措施;使用過程中耐高溫和耐火性能差。

    三、粘貼碳纖維布和粘鋼加固各有優劣

    粘貼碳纖維布輕質高強,常用碳纖維布的自重僅為200~300g/m2,設計厚度為0.111~0.167mm,抗拉強度高,為普通鋼材的8~10倍,但各向異性,即抗拉強度高但抗剪強度低;施工更為簡便,施工速度為粘鋼的2~3倍。

    粘鋼鋼板的物理力學性能為各項同性,受力性能好;施工時需專用夾具和施工機具,施工工序和施工操作性較碳纖維布復雜。

    四、粘貼碳纖維布和粘鋼的適用性對比

    粘鋼時鋼板厚度2~5mm,不應超過2層;粘貼碳纖維布時布厚度0.111~0.167mm,不宜超過4層;根據市場調查,一般粘鋼價格(按粘貼面積計算)約為粘貼碳纖維布價格的2~3倍。下面就粘貼碳纖維布和粘鋼的適用性進行對比分析討論。

    1.抗彎加固

    以高強度I級碳纖維布為例,鋼板與碳纖維布按抗彎加固等強換算結果見表1。

    表1鋼板與碳纖維布抗彎加固等強換算結果表(單位:mm)

    對于粘貼多層(2~4層)碳纖維布加固時,碳纖維布總厚度應乘以折減系數km=1.16-nfEftf/308000≤0.90,計算結果如下: 0.111mm厚碳纖維布km(2、3、4層)=0.90、0.90、0.81 0.167mm厚碳纖維布km(2、3、4層)=0.90、0.77、0.64

    粘貼1~4層碳纖維布與鋼板等強換算結果見表1。 從表1中數據分析可得: (1)1層碳纖維布折算Q235鋼板厚度0.83~1.79mm,折算Q345鋼板厚度0.57~1.24mm;當結構補強所需面積較小,1層碳纖維布滿足結構承載力需要時,推薦選用碳纖維布加固方案,經濟性和可操作性優勢明顯,此時選用粘鋼加固法將大幅度增加工程造價和施工工期。

    (2)2層碳纖維布折算Q235鋼板厚度1.49~3.22mm,折算Q345鋼板厚度1.03~2.23mm;當結構補強所需面積一般,2層碳纖維布滿足結構承載力需要時,宜優先選用碳纖維布加固方案,經濟性和可操作性有一定優勢,而此時選用粘鋼加固法的工程造價和施工工期略高于碳纖維布,為增加結構的安全性也可選用粘鋼加固方案。

    (3)3層碳纖維布折算Q235鋼板厚度2.24~4.13mm,折算Q345鋼板厚度1.54~2.86mm;當結構補強所需面積稍大,3層碳纖維布滿足結構承載力需要時,粘貼碳纖維布法的經濟性和可操作性優勢不明顯,而粘鋼加固法更靈活,宜優先選用粘鋼加固方案。

    (4)4層碳纖維布折算Q235鋼板厚度2.69~4.58mm,折算Q345鋼板厚度1.85~3.17mm;當結構補強所需面積較大,4層(根據km可以得出,粘貼碳纖維布層數不宜超過4層)及4層以上碳纖維布滿足結構承載力需要時,粘鋼加固法更具經濟性和施工操作性,推薦選用粘鋼加固方案。

    2.抗剪加固

    以高強度I級碳纖維布為例, 鋼板與碳纖維布按抗剪加固等強換算結果見表2。

    表2鋼板與碳纖維布抗剪加固等強換算結果表(單位:mm)

    同上,對于粘貼多層碳纖維布加固時,碳纖維布總厚度尚應乘以折減系數km。 根據表2數據分析可得: (1)1層碳纖維布折算Q235鋼板厚度0.23 (0.46)~0.50(1.00)mm,折算Q345鋼板厚度0.16(0.32)~0.35(0.69)mm,由此可見,抗剪加固時粘鋼加固法的經濟性和適用性明顯優于粘貼碳纖維布,這是由于碳纖維布為各向異性材料,抗拉強度高但抗剪強度低,因此《混凝土結構加固設計規范》(GB50367-2006)中實行強度折減,折減系數為0.28或0.56。

    (2)數據表明,只有當抗剪加固構件斜截面抗剪需補足的箍筋面積較小,粘貼1~2層碳纖維布即可滿足要求時,方可優先選用粘貼碳纖維布加固方案,其使用范圍大幅受限。

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