文章编号:100926825 (2007) 1920077202 碳纤维布加固技术在工程中的应用 收稿日期:2007203223 作者简介:张昌平(19702 ) ,男,工程师,厦门鑫叶房地产开发有限公司,福建厦门 361000 张昌平 摘 要:通过碳纤维加固技术在某酒店改造加固工程中的应用,详细地阐述了碳纤维加固施工中的缺陷处理,粘贴施工 及质量要求,并总结了使用碳纤维布加固的优点,以促进碳纤维布加固技术的发展。 关键词:碳纤维布加固技术,缺陷处理,检测 中图分类号: TU746. 3 文献标识码:A 碳纤维复合材料具有强度高、耐腐蚀、耐久性能良好的特点。 采用碳纤维复合材料加固混凝土结构或构件基本不增加结构或 构件的自重,并且施工工期短、施工操作简便,可适用于各种结构 外形的补强加固而不改变构件的几何尺寸,同时可有效封闭混凝 土的裂缝。碳纤维复合材料加固修复混凝土结构所用材料主要 为两种:碳纤维及其配套树脂胶粘剂。其中碳纤维的抗拉强度为 建筑钢材的十几倍,而弹性模量与钢材相当;配套树脂则包括底 层树脂、整平材料及粘浸树脂,前两者的作用是为了提高碳纤维 的粘结质量,而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个 复合性整体协同受力。 文中主要介绍某酒店在改造工程中采用碳纤维复合材料加 固技术对原建筑混凝土结构进行加固补强的做法和效果。
1 工程概况 该工程为续建、改造、加固工程,原建筑物设计为框架结构, 拟作为三星级酒店,分为客房楼和裙楼两部分。其中客房楼地下 1 层,地上8 层;裙楼仅有地上3 层。该建筑物于1995 年主体完 工后一直未进行二次装修及使用,至今已闲置十年。在续建改造 前,客房及裙楼的砌体工程也已施工完成。续改建后的建筑物定 位为五星级酒店,增设其他设施,使之成为区域性和标志性酒店, 原客房及裙楼在功能设置及使用上都有相当大的改变及提高。 1. 1 结构检测 1) 检测内容。根据相关规范的要求以及对建筑物进行改造 的需要,在对原客房及裙楼部分进行加固改造前必须对其构件进 行检测以确定其现状,并为改造加固设计提供可靠的依据。检测 的内容主要为结构构件的混凝土强度及缺陷检查,钢筋数量、位 置及混凝土保护层厚度检查。 检测部位为客房楼1 层～7 层的框架柱、框架主梁,8 层的框 架柱、顶框架主梁,裙楼部分1 层～3 层的框架柱、顶框架主梁,对 这些构件各抽取其总数的10 %采用回弹法进行检测,并采用钢筋 混凝土雷达探测仪及钢尺对柱下端和梁一端支座附近的箍筋间 距探测和测量。同时现场随机抽取客房楼混凝土墙体6 堵、裙楼 3 层6 根柱钻取混凝土芯样,进行抗压强度试验。 理的截面形式。 文献[7 ]以此时的用钢量作为组合梁合理用钢量的取值依 据,从而有: Asf y = f cbehcl (10) 其中, f y 为钢梁的抗拉强度设计值; f c 为混凝土的轴心抗压 强度设计值。 将式(10) 变形代入式(9) ,再根据通常情况下混凝土翼板和 钢梁的强度取值范围,并综合考虑两者的刚度水平以及钢梁的截 面形式,可以得出钢—混凝土组合梁有效截面的合理用钢量范 围,在此近似定为4 %～9 %。
4 结语 1) 通常情况下正弯矩区栓钉的抗剪承载力可以按公式(4) 来 计算,对钢—高强混凝土组合梁其抗剪承载力可按公式(5) 计算, 但负弯矩区以及采用部分剪力连接时栓钉的抗剪承载力的精确 计算有待于进一步的研究。2) 对组合梁界面相对滑移的深入研 究可以为更精确地计算其各项力学性能提供模型依据。当前对 组合梁负弯矩区栓钉的剪力—滑移关系有待于进一步的试验研 究。3) 钢—混凝土组合梁的用钢量不宜太小,也不宜过大。文中 从组合梁截面优化设计的角度出发,建议钢—混凝土组合梁有效 截面合理的用钢量范围为4 %～9 %。 参考文献: [1 ]赵鸿铁. 钢与混凝土组合结构[M] . 北京:科学出版社,2001. [2 ]聂建国. 钢—混凝土组合梁结构[M]. 北京:科学出版社,2005. [3 ] GB 5001722003 ,钢结构设计规范[ S] . [4 ]阎 石,刘学东. 钢—混凝土组合梁连接件的综合评述[J ] . 沈 阳建筑工程学院学报,1996 (2) :2582265. [5 ]樊健生,聂建国. 负弯矩作用下考虑滑移效应的组合梁承载力 分析[J ] . 工程力学,2005 (3) :1772182. [6 ]Johnson R P. Composite structures of steel and concrete ,Vol 1 [M] .Blackwell Scientific ,Ltd. ,Oxford ,U. K. 1994. [7 ]付 果,薛建阳,赵鸿铁,等. 钢—高强混凝土组合梁的理论研 究[J ] . 建筑结构学报,2006 (sup1) :4802483. Discuss on questions related to steel2concrete composite beam QU Hai2long ZHANG Feng Abstract : Based upon investigation of a great many research data and achievements research situations of the calculation method of the shearing resistance of stud and the slip at the interface in composite beam are introduced. According to the rational content of steel suggestions are pro2 posed for design calculation in order to provide references for design and calculation of steel2concrete composite beam. Key words : steel2concrete composite beam , bearing capacity , the slip at the interface , rational content of steel ·77 ·
第33 卷第19 期 2 0 0 7 年7 月 山西建筑 SHANXI ARCHITECTUREVol. 33 No. 19 J ul. 2007 2) 检测结果。用回弹法结合钻芯测得客房楼单构件有1 根 顶梁、裙楼1 层2 根柱、2 根顶梁混凝土强度小于设计强度等级 C30 的标准值外,其余检测的客房楼1 层～2 层顶框架柱、顶框架 主梁混凝土强度均大于设计强度等级C30 标准值。客房楼8 层 有1 根柱混凝土强度小于其混凝土设计强度等级C25 的标准值 外,其余检测的客房楼3 层～8 层、裙楼3 层的框架柱、顶框架主 梁的混凝土强度均大于设计强度等级C25 的标准值。检测的构 件批量除客房楼1 层柱、2 层柱、2 层顶梁批量混凝土强度值大于 设计强度等级C30 外,其余检测的客房楼1 层顶梁、2 层顶梁及裙 楼1 层～2 层柱、顶梁批量混凝土强度均小于其设计强度等级 C30 标准值,检测的客房楼3 层～8 层柱、顶梁和裙楼3 层柱、顶 梁批量混凝土强度均大于混凝土设计强度等级C25 标准值。客 房楼、裙楼的顶板开间、柱、顶梁等构件露筋现象较为普遍,混凝 土结构梁板构件的表面观感比较差,主次梁都有蜂窝、麻面及少 量爆模现象,板表面平整度较差,板面有少量裂缝、冒筋,残损情 况较为突出。 1. 2 碳纤维加固方案 由于该建筑改造后要求维持原有建筑物的总体使用功能、提 高使用空间以及加固后需尽量减少建筑物自重的增加以避免由 于建筑物自重增大而需对基础进行加固的要求,加上施工工期 紧、操作空间小、节点复杂等因素,通过结构重新验算并进行多种 加固方法的比较,决定采用碳纤维复合材料加固方法对承载能力 不足和构造配筋不足的梁和板进行加固补强。1) 主框梁、顶梁梁 面粘贴碳纤维布加固,梁底粘贴碳纤维布加固及U 型箍。2) 板面、板底粘 贴碳纤维布加固。3) 部分梁加大截面再粘贴碳纤维布加固。 2 碳纤维加固施工 2. 1 结构缺陷处理 1) 因结构加固改造后客房、裙楼的房间布设及使用功能有较 大变化,对原砌筑墙体的拆除量较大,故墙体拆除前优先在对板 面裂缝进行封闭处理,对宽度小于0. 2 mm 的裂缝采用环氧树脂 进行表面涂抹封闭,对于大于0. 2 mm 的裂缝采用环氧树脂灌缝 处理。2) 对混凝土梁构件表面蜂窝、麻面及爆模等劣化部分进行 凿除,达到其密实部位,主、次梁及梁、柱交接口及模板间接缝位 置必须清理,然后用环氧砂浆进行修补平整。3) 露筋部位的钢筋 对锈蚀部分进行清理,并用环氧砂浆进行修补,达到表面平整。 4) 表面凸出部分需做打磨修平,修复后应尽量平顺,棱角部位应 用角磨机修成圆角,其半径不小于30 mm ,用吹风机将表面灰尘 及杂物清理干净并使其干燥。5) 构件表面凹陷及内角部位应用 环氧腻子补平,使之平顺,涂刮后仍有凹凸糙纹的应用砂纸打磨 平整,尽量减小高度差。
2. 2 碳纤维布加固粘贴施工及质量要求 1) 树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量准确,装入容器 用搅拌器均匀搅拌。一次调合量应在使用时间内完成。2) 碳纤 维沿纤维方向搭接长度不得小于10 cm。该部位应多涂树脂,脱 泡、树脂操作按正常进行,并在搭接处、混凝土拐角等部位要多涂 刷一些。3) 贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用树脂,称为下涂。 贴片时,在纤维和树脂之间粘贴密实无气泡,用专用工具沿着纤 维方向在碳纤维布加固上滚压多次,使树脂渗浸纤维中。4) 纤维布施 工30 min 后,用滚筒刷均匀涂抹粘贴用环氧树脂,称为上涂。多 层粘贴应保证底层粘贴的碳纤维布加固上涂已触干燥,才能粘贴下一 层。5) 最后一层碳纤维的上涂应涂刷均匀、周边整齐,固定用横 向碳纤维或粘钢固定。施工完成后在纤维布材上粉刷20 厚水泥 砂浆保护。6) 工程使用的碳纤维布加固及其配套胶必须有生产厂家 所提供的材料检验证明,对进入现场施工的应进行取样送检。7) 施工验收以评定碳纤维布加固与混凝土之间的粘结质量为主,位置偏 差不得大于2 cm ,用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布加固表面,以回音 判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象时,当空鼓面积 小于100 cm2 时,采用针管注胶的方法进行补救。当大于100 cm2 时,判定粘结无效,需重新施工。8) 大面积粘贴前需做样板,相关 单位共同验证后,再大面积施工。为确保碳纤维布加固与混凝土间的 粘结质量,基底处理必须严格检查,在施工时并应采取相应的浸 润、碾压、针注等质量控制措施,从多个环节确保碳纤维布加固的可靠 粘贴,使其性能得到充分发挥,达到加固的目的。 2. 3 养护及注意事项 碳纤维布加固施工后,应进行养护,对于有吹风、淋雨或可能认为 扰动的地方应进行遮挡养护。施工温度在5 ℃～35 ℃范围内,相 对湿度不大于70 % ,由于碳纤维布加固为电的良导体,贴片时应尽量 远离电源及电气设备,并应避免接触酸、碱性材料,施工时附近不 要有电焊等施工操作, 远离明火,并避免阳光直射。 3 碳纤维布加固的检测与验收 3. 1 加固面积统计 鼓浪湾大酒店改造加固工程涉及碳纤维布加固粘贴加固梁、板、 柱3 139 m2 。 3. 2 抽检依据 依据CECS 146∶2003 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程 第6. 0. 5 条“必要时,可按附录B 方法对施工质量进行现场抽样 检验。”和第6. 0. 6 条“必要时碳纤维片材和配套树脂类粘结材料 进行现场抽样检验。” 3. 3 检测结果 客房楼所取4 组样品所检项目的检测结果符合CECS 146∶ 2003 的技术要求;裙房楼所取3 组样品所检项目的检测结果符合 CECS 146∶2003 的技术要求;现场抽取其他碳纤维布加固和配套树脂胶 粘剂抽取1 组样品送检所检项目的检测结果符合CECS 146∶2003 的技术要求。
4 结语 本工程结构构件在使用碳纤维布加固上数量多、面积广,是 充分利用了碳纤维布结构加固不增加结构构件的自重,不改变构 件的几何尺寸的特点,最大限度地保证了原有建筑物的布局,并有 效提高了改造区域的使用空间,加上其施工工艺简便快速的优点, 确保了改造后酒店的总体功能不变的建设思想,取得了很好的结 构改造和加固效果,为打造区域标志性酒店打下坚实的基础。 The appl ication of carbon f iber cloth strengthening technology in engineering ZHANGChang2ping Abstract : Through the application of carbon fiber strengthening technology in a certain hotel reconstruction , the author illustrates faults treat2 ment , cohesion construction and quality requirements in carbon fiber strengthening construction , and summarizes the advantages of strengthen2 ing with carbon fiber cloth , in order to promote the development of carbon fiber cloth strengthening technology. Key words : carbon fiber cloth , strengthening technology , treatment of fault , detection ·78 · 第33 卷第19 期 2 0 0 7 年7 月
需要此文献的朋友，请加微信号:18672350758联系客服，免费发送。