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加固中的碳纤维复合材,该如何选择?

  粘贴纤维复合材提高结构承载力与耐久性,已成为结构加固的常用方法之一。工程结构加固用纤维复合材,包括碳纤维、玻璃纤维以及芳纶纤维。三种纤维中,碳纤维复合材具备较高的强度与成熟的生产工艺,在结构加固中用途最广泛。

  

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  碳纤维复合材在加固时仅可承受拉应力作用,因此可用于混凝土结构的受弯、受压、轴心受压、大偏心受压与受拉构件的加固中。各种结构加固后承载力的提升幅度,都与碳纤维复合材的用量有直接关联。

  碳纤维加固的计算

  针对于不同的加固需求,存在不同的加固计算方式。例如受弯构件正截面加固计算通过平衡公式,利用加固设计弯矩来推出所需碳纤维复合材的截面面积,类似于计算钢筋混凝土结构中的钢筋截面面积。受压构件、受拉构件都存在相应的计算公式,可根据具体情况进行采用。

  

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  需要注意的是,在设计计算中碳纤维复合材的强度设计值是在碳纤维复合材强度标准值(例如I级碳纤维布为3400MPa)之上除以各项系数得出,而不是直接将标准值应用于加固设计计算中。

  碳纤维布的区别

  规范中对碳纤维布按照性能高低分为三个等级,从抗拉强度来看,I级与II级碳纤维布抗拉强度用标准值来衡量,而III级碳纤维布整体强度相差较大,因此采用平均值的形式体现,不利于结构加固。在实际应用中,I、II级碳纤维布还存在不同克重与厚度之分,虽然在抗拉强度等性能方面数值相同,但实际加固效果是存在差距的。

  

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  同等级的碳纤维布,克重为300g与200g的理论厚度分别为0.167mm与0.111mm,相当于粘钢加固中型号相同,厚度不同的两块钢板。而结构加固不仅与材料强度有关,还与材料的截面面积有直接关联。对一般构件来说,同为100mm宽的I级碳纤维布,在受弯构件正截面计算中,能够提供的力要相差(0.167-0.111)×100×2300=12880N,因此在实际选用时,需根据具体加固需求来选择碳布克重。

  多层碳布的运用

  由于单层碳纤维布厚度较低,有效截面较小,因此即便其强度高,也难免会出现承载力提升幅度不符合要求的情况。当实际计算得出碳纤维截面面积大于单条碳纤维布能提供的截面面积时,可采取粘贴多层碳布的方式进行加固,多层碳布粘贴时需要注意连续性,避免时间过长影响胶体的浸渍粘贴效果。

  

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  另一方面,碳纤维布强度发挥需要与混凝土结构共同工作,而随着碳纤维布层数的增多,锚固措施将变得难以保证,易发生剥离破坏,因此碳纤维布的粘贴层数不宜超过4层。当设计计算求得截面面积高于4层碳布的截面面积时,可以考虑采用碳纤维板进行加固,碳纤维板在加固中起到的作用相当于4-8层碳布,能令受弯构件承受更高的荷载。

  

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  综上所述,碳纤维复合材的选择,与结构强度提升幅度有直接的关联。在工程加固中,若不结合现场情况盲目选用低级碳布,易导致结构加固效果不合使用要求,留下安全隐患甚至造成结构破坏,因此,在结构加固中,要重视原结构的状况与材料的选择,杜绝事故的发生。

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