碳纤维复合材料cfrp加固补强技术在建筑工程中的应用

碳纤维复合材料cfrp加固补强技术在建筑工程中的应用

1对混凝土结构进行加固在建设项目中，混凝土结构占有很大的比例。目前相当多的住宅、别墅、商务等建设用房采用大开间以增加使用面积的结构越来越多。而大开间的使用则使混凝土板的跨度增大,板的面积增加。传统方法是相应增加混凝土板的厚度。由于板厚的增加,使得结构自重也相应增加且建筑物的净高会减小,从而使建筑物的使用受到影响。另外由于设计、施工造成的问题,如配筋不足、混凝土强度低等,会使结构的承载能力和耐久性能降低,不能满足原设计要求,有的甚至危及结构的安全,这些结构都亟待进行修复加固。通过对混凝土结构进行补强加固,达到提高结构或构件的抗弯、抗剪、抗拉、抗裂的能力以及抗震、抗腐蚀能力,从而恢复或提高原有结构的承载力。对混凝土结构补强加固的方法有增大截面法、粘钢法等,这些方法各有利弊。近几年来采用碳纤维复合材料(CFRP)对钢筋混凝土结构构件进行加强的新技术,在国际上深受重视并已获得较多的应用和发展。2有机碳纤维材料碳纤维是目前建筑结构中使用量最大的高性能纤维。碳纤维是纤维状碳材料,由含碳量高的有机纤维在保护气氛和施加张力牵引下,通过热处理碳化成为含碳量90%以上的纤维。2.1碳棕榈的主要性能(1)混凝土结构性能碳纤维具有高强度(抗拉强度相当于一般钢材的10余倍)、高弹模、密度小、延伸率小等特性,可充分利用其优异的力学性能,有效提高混凝土结构的承载力、延性、抗裂性能,达到高强、高效加固修复混凝土结构的目的。(2)发烧性能碳纤维的耐高低温的性能好,热导率高。(3)耐化学性能碳纤维具有较好的耐酸碱性,一般的酸碱对其作用很小。且碳纤维的耐水性也很好。(4)电、磁能碳纤维沿纤维方向的导电性好,抗磁性好。2.2纤维产品的加固和加固功能在建筑工程中广泛使用补强加固的碳纤维制品主要有碳纤维布、碳纤维片材,它们具有以下特点:(1)碳纤维布在楼板上的安装碳纤维布增强复合材料片材对提高受弯构件抗弯能力特别有效。在民用建筑大跨度的板、梁等受弯构件的受拉面粘贴碳纤维布可大幅度提高构件的抗弯承载力。在楼板粘贴碳纤维布、板,可不增加楼板荷重,却能提高楼板的承载力,延长楼板的使用寿命。特别是对楼板开洞,粘贴碳纤维布可有效地改善洞边受力状态,延长楼板使用寿命。提高混凝土抗压强度,增加混凝土柱延性,有效防止混凝土脆裂破坏,这对混凝土结构抵御地震作用极为有利。(2)裂缝形态、细而密在结构构件上粘贴碳纤维布可封闭原有裂缝,不再继续扩大延伸,可防止、延缓新的裂缝产生,而且改变裂缝的形态,形成细而密的微小裂缝,不影响构件正常使用。(3)施工方便碳纤维布重量轻,一般采用手工作业,不需使用大型施工机具,施工周期短。3碳纤维性能分析本文利用ANSYS软件进行计算分析,从理论上探讨用碳纤维补强混凝土板技术。大型结构分析软件ANSYS软件是美国机械工程师协会等专业技术协会认证的标准分析软件。该软件可广泛应用于机械制造、汽车交通、土木工程、造船等一般工业及科学研究领域。本文根据某工程6×6m混凝土板进行计算分析。在结构计算时,混凝土采用solid45单元,碳纤维板材采用solid46单元。自适应划分网格,计算所采用混凝土弹性模量E=2.8×1010Pa,PRXY=0.17,碳纤维的材料常数如下:Ex=1.08×1011Pa,Ey=EZ=1.03×1010Pa,PRXY=PRYZ=PRXZ=0.28,GXY=GYZ=GZX=7.17×109Pa,施加荷载10kN/m2。计算出构件的挠度和跨中截面上下缘的应力,混凝土板的挠度和碳纤维加强板所得挠度分别如图1和图2所示。混凝土板和碳纤维加强板应力云图分别如图3和图4所示。有限元计算结果比较见表1。通过ANSYS有限元计算分析,碳纤维加强板变形减小,强度也得到了提高。由于碳纤维片材的比强度高,又采用了性能优良的粘结材料,不仅树脂渗入混凝土中,将碳纤维片材紧密粘贴在结构外表面,而且树脂有较高的粘结强度,能有效地传递碳纤维与混凝土之间的应力,确保不产生界面粘结剥离现象。施工时将碳纤维片材(碳纤维布或板)用树脂类胶结材料粘贴在混凝土表面,利用碳纤维的高强度和高弹模来对混凝土结构进行补强加固,并改善结构的受力状态。与传统的加固技术相比,碳纤维复合材料加固技术具有明显的综合优势。4碳纤维加固法工程实例表明,由于碳纤维复合材料本身具有优越的力学性能,分担了部分荷载,降低了钢筋混凝土结构的应力,从而使结构得到补强加固。超强的防水防腐蚀效果、施工简便、施工周期短、质量容易保证等优点,可用于钢筋混凝土结构、钢结构的修补加固。由于耐久性好、施工简便、不增大截面、不增加重量、不改变外形等优