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碳纖維加固結構構件技術簡介
        碳纖維復合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固修復混凝土結構技術是近年來興起的一項新型加固技術,該項技術是將碳素纖維這種高性能纖維應用于土木工程,利用樹指類材料把碳纖維粘貼于結構或構件表面,形成復合材料體(CFRP),通過其與結構或構件的協同工作,達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。
2、  碳纖維加固結構構件技術原理
        碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點,其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右,彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固修復混凝土結構所用碳纖維材料主要為二種:碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍,而彈性模量與鋼材相當,某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上,且施工性能與耐久性良好,是一種很好的加固修復材料;配套樹指則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結樹脂,前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量,而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體,并且共同工作,提高結構構件的抗彎、抗剪承載能力,達到對結構構件進行加固、補強的目的。
3、加固工程概況
      某110kV變電所建于2000年,因電容器室爆炸燃燒,第二榀框架梁遭到破壞,保護層混凝土開裂、酥松、剝落,下弦鋼筋變形較嚴重,鋼筋受力截面削弱,危及結構安全,影響電力的安全生產。經基建部門、設計部門、加固公司等單位專家一起進行分析比較,選擇粘貼碳纖維布進行加固,防止大梁的過度變形,延長梁的使用壽命。
4、碳纖維布加固框架梁設計
4.1碳纖維布加固的前提
        首先,利用回彈法對框架梁混凝土進行檢測,以供加固參考。經檢測,混凝土的實際強度為C30。根據設計圖紙,及現場混凝土、鋼筋的受損情況,考慮提高框架梁的抗拉強度等級,為此,將610mm寬的碳纖維布裁成兩半,分兩層粘貼在框架梁的底面及兩側,加固后,增加了原受拉鋼筋面積,彌補了由于原鋼筋變形而造成的截面削減,構件的承載力得到加強,而且,總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax ,可以滿足使用要求。
4.2碳纖維布的設計
        在受彎加固時,應使碳纖維片材的纖維方向與受拉區的拉應力方向一致。因梁底寬度為350mm,而碳纖維布的寬度為610mm,兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應及框架梁下的受拉范圍,考慮將碳纖維布裁為兩半,一層為300mm寬,一層為310mm寬,分兩層粘貼在梁的下側;再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍;框架梁兩側面上邊緣各粘貼四根100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。
碳纖維布的主要力學指標
 
抗拉強(Mpa)
彈性模(Mpa)
延伸率(%)
技術規程指標
≥3000
≥2.1×105
≥1.4