摘要：碳纖維以其自重輕、高強(qiáng)度、高彈性、耐腐蝕、施工方便、不受構(gòu)件外形限制等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑物梁、板、柱結(jié)構(gòu)的加固和橋梁結(jié)構(gòu)、隧道、煙囪等的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)以及海灘建筑的防腐補(bǔ)強(qiáng)。
　　關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土柱 碳纖維布 加固補(bǔ)強(qiáng) 承載力驗(yàn)算 施工要求
　　一、工程概況：
　　 某單體工程為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積8234平方米，地下1層，地上17層。在主體施工過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回彈儀實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，4層軸/軸300×450mm框架柱因局部振搗不到位及先期砂漿流入，局部混凝土強(qiáng)度偏低，此柱混凝土強(qiáng)度從底至上混凝土強(qiáng)度逐步升高，柱根部砼強(qiáng)度為C20左右，到梁柱節(jié)點(diǎn)下約300mm處混凝強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求的C25混凝土強(qiáng)度,該柱主筋配10根直徑22的三級(jí)鋼筋。鑒于此實(shí)際情況，現(xiàn)決定對(duì)該柱進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載力。
　　二、加固方案選擇：
　　目前可用于加固鋼筋混凝土柱的常用方法有：加大柱截面法、外包鋼法、外包裹FRP材料（碳纖維）法等。加大截面法使結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸都有較大的增加；外包鋼法比雖然比鋼筋混凝土柱加大截面法更為有效，但外包鋼護(hù)套抵御惡劣環(huán)境侵蝕的能力較差。碳纖維加固是將高強(qiáng)碳纖維織物，用專用結(jié)構(gòu)膠粘貼于被加固物件表面，其特點(diǎn)是：自重輕、高強(qiáng)度、高彈性、耐腐蝕、施工方便、不受構(gòu)件外形限制。
　　現(xiàn)決定采用外包裹FRP材料（碳纖維）法對(duì)該柱進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，該方法具有高強(qiáng)高效、施工便捷、良好的耐久性與耐腐蝕性、厚度薄及重量輕等優(yōu)點(diǎn)。柱子可由單層或多層纖維布完全包裹，也可以用纖維布條帶形成連續(xù)的螺旋箍或間隔的環(huán)箍進(jìn)行部分包裹。本工程選擇兩層碳纖維布沿柱高完全包裹進(jìn)行加固。
　　三、加固計(jì)算：
　　3.1基本假定：
　　1）平截面假定；
　　2）碳纖維布與混凝土之間沒有任何滑移，且不發(fā)生剝離破壞；
　　3）碳纖維布采用線彈性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，且只能承受拉力。
　　3.2 碳纖維布的層數(shù)確定：
　　本工程鋼筋混凝土柱加固所用碳纖維布選用上海同砼碳纖維布有限公司生產(chǎn)的“同砼”牌，型號(hào)為CFC3.2-220-100;彈性模量為Ecfrp=2.2×105MPa,抗拉強(qiáng)度為fcfrp=3200MPa，單層厚度=0.12mm，寬度100 mm。本工程矩形截面柱尺寸為300×450mm，考慮到柱角對(duì)碳纖維布有影響，故將該矩形柱四角倒成半徑為20的圓角（如圖示）,確定碳纖維布包兩層。
　　
　　下面為軸心受壓柱正截面承載力驗(yàn)算公式：
　　
　　
　　式中：N—為柱軸向壓力設(shè)計(jì)值2480KN；
　　—為原構(gòu)件C20混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值9.6N/mm2；
　　—為有效約束應(yīng)力；
　　—環(huán)向圍束內(nèi)混凝土柱截面積,
　　矩形柱=134656mm2；
　　—為受壓主筋承載設(shè)計(jì)值，該柱主筋為10根直徑為22的三級(jí)鋼，
　　；
　　—為混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，C25混凝土為1.0；
　　—為環(huán)向圍束的有效約束系數(shù)；矩形柱，其中，r為柱倒角半徑20，為柱配筋率，；
　　；
　　—為環(huán)向圍束體積比，矩形柱按計(jì)算；其中、為碳纖維層數(shù)2和每層厚度0.12。計(jì)算得=0.0027；
　　—為碳纖維彈性模量，=2.2×105MPa；
　　 —為碳纖維有效拉應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)值，取0.0035；
　　計(jì)算：
　　=0.5×1×0.4×0.0027×2.2×105×0.0035=0.416N/mm2
　　=0.9×[(9.6+4×0.416)×
　　134656+1368000]=2596.3KN（滿足）
　　四、施工要求
　　4.1表面處理
　　施工時(shí)將柱的四個(gè)角用磨光機(jī)打磨成半徑20的圓角。對(duì)于砼表面出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等有缺陷的部位事先予以鑿除，并用水泥沙漿進(jìn)行修復(fù)。最后用清水沖洗干凈，待完全干燥后用脫氧棉擦拭表面3～4次，直至脫脂棉上無(wú)粉塵。
　　4.2涂底膠和找平
　　按產(chǎn)品生產(chǎn)廠家提供的工藝規(guī)定配制底膠并攪拌均勻，注意一次調(diào)和量在可使用時(shí)間內(nèi)用完，超過(guò)時(shí)間的絕對(duì)不能使用，以確保粘結(jié)質(zhì)量。用滾刷均勻地涂在基面上，注意均勻涂抹，自然風(fēng)干。底膠硬化后，如表面有凸起時(shí)，要用磨光機(jī)或砂紙打平。待底膠指觸干燥后，盡快進(jìn)入下一道工序。
　　4.3粘貼碳纖維布
　　按設(shè)計(jì)要求的尺寸及層數(shù)裁剪纖維布，除非特殊要求。碳纖維布在受力方向盡量不要搭接，如需搭接，則沿碳纖維方向的搭接長(zhǎng)度不得小于200mm，而緯向搭接長(zhǎng)度不小于50mm。粘貼碳纖維布時(shí)，應(yīng)依設(shè)計(jì)位置由上而下，由左到右有秩序地粘貼，并采用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠壓氣泡，使浸漬樹脂充分滲透纖維布，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。
　　粘貼碳纖維布后,需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化,應(yīng)保證固化期間不受干擾。碳纖維片材粘貼后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度所需自然養(yǎng)護(hù)的時(shí)間不少于2周。
　　五、結(jié)論
　　經(jīng)過(guò)以上方法加固，該柱承載能力達(dá)到了原設(shè)計(jì)要求，實(shí)際使用效果較好，結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)開裂、變形等缺陷現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)尺寸也沒有發(fā)生明顯的變化。
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