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    预应力加固技术与碳纤维复合材料的性能与介绍

    预应力加固结构的技术是自20世纪末开始研究的一项新型补强技术,在传统粘贴加固技术上取得了重大突破,它能充分利用碳纤维复合材料的高抗拉强度,避免碳纤维过早剥离的现象,有效地提高结构的强度与刚度,达到减小结构原有裂缝宽度和限制裂缝的形成与发展的效果,显著提高结构的工作性能。其原理与粘贴钢板加固相似,均是在结构的受拉侧粘贴抗拉材料,以起到与结构共同受力,增强配筋的作用。

    预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进行加固的方法,特点是通过预应力手段强迫后加部分一拉杆或撑杆受力,改变原结构内力分布并降低原结构应力水平,致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除,因此后加部分与原结构能较好地共同工作,结构的总体承载能力可显著提高。

    1、预应力加固碳纤维复合材料

    预应力碳纤维板弹性模量低而拉伸强度高,充分发挥需要1.5%以上的拉伸变形,而通常构件的变形限制所允许的表面应变远远小于这一变形,当加固钢筋混凝土结构时这一缺陷更加明显,钢筋的屈服变形仅为0.18%,即使在不考虑钢筋初始变形的条件下钢筋屈服时碳纤维所发挥的强度也不到12%,因此采用传统粘贴方式进行碳纤维加固时,碳纤维的高强度性能仅能被利用到很少的一部分,大部分的材料强度在结构的正常使用极限状态内都无法正常发挥,预应力加固技术可使碳纤维板在承担结构传递的荷载应力之前就已经处于较高的应力水平,预先发挥了一定的强度,从而实现了其高强性能的充分利用。碳纤维加固预应力碳纤维板即碳纤维加固补强单向板材,采用碳纤维原料与良好基本树脂,碳纤维板材具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能,预应力碳纤维板在前者已有特性上提高了结构构件的开裂荷载、屈服荷载。改善使用荷载下的性能。

    预应力碳纤维布加固原理

    1、预应力碳纤维布加固方法

    预应力纤维布加固系统由三部分组成:锚具、碳纤维布、碳纤维胶。其工作原理是将纤维布张拉至设计值,用粘结材料将其粘贴到混凝土板梁的受拉面,使其与混凝土结构共同受力利用碳纤维材料良好的抗拉强度,达到增强构件承载能力及强度的目的。

    2、预应力碳纤维布施工工艺

    (1)施工准备:在加固表面按照设计施工放样,准确确定预应力碳纤维布和两端锚具位置。放样采取钢尺定位,根据支座位子确定实际钻孔以及混凝土清理位置。

    (2)混凝土粘贴表面处理:桥梁钢筋混凝土结构长期直接暴露在头一定湿度的空气中,在粘贴碳纤维布加固施工中,需打凿掉脆化疏松层,提高粘结力。对混凝土粘贴面的脆化疏松层,应采用硬质金刚石磨轮打磨掉且完全露出新面,并用钢丝刷清楚输送浮层。为了保证预应力碳纤维布与混凝土之间的设计间隙,实现碳纤维布受力张拉时平直均衡无阻碍,对混凝土高凸面应采用金刚石打磨片打磨,对混凝土低凹面应采用环氧修补胶修补。假如粘贴时混凝土湿度较大,对混凝土粘贴面尚须进行人工干燥处理。

    (3)钻植胶锚螺栓:施工放线次啊要钢筋探测仪标定螺栓钻孔位置,假如遇到钢筋需移位,应通知技术人员记录编号,并安排现场修整支座板安装孔。采用电锤钻孔时应保证钻孔中心线与混凝土梁面垂直,钻孔中心位置偏差不超过3mm。采用化学胶管或植筋胶植入螺栓时,应保证孔内胶液饱满且螺栓垂直于梁面。

    (4)安装锚具支座与预应力碳纤维布:将锚固板安装至张拉板上,调整张拉钢板,使碳纤维布的纵向轴线通过锚具中线,以保证碳纤维布截面内力分布均匀。待调整好平整度后,将碳纤维布的两端固定在锚固板上,取下另一段的锚固板,放置在干净的塑料布上,以便于在梁上涂刷浸渍胶。将配置好的浸渍胶均匀涂刷在构件的粘贴面,应保证涂刷厚度均匀。

    (5)张拉预应力碳纤维布与压紧条安装:将锚固板安装在构件的另一端的张拉板上,轴承压在锚固板上,安装千斤顶并调整处于水平位置,加压张拉至设计张拉应力值的15%,刻录锚具张拉移动起始线。加压张拉至设计张拉应力值的30%,检测锚行程位移是否对应预张拉时的刻录线。分段加压张拉至设计张拉应力值的50%、70%、90%、,检测锚具行程位移是否满足理论伸长量的要求,按规范要求张拉端锚具行程位移与理论伸长量误差应不大于±6%。加压或减压时,千斤顶行程速度应控制在20mm/分钟以内,严禁快速冲、放千斤顶行程。所有张拉都应在碳布胶适用期内完成。当张拉应力值和张拉端锚具行程位移满足要求后,将拉杆上面的锁固螺栓扭紧到位,使锚固端的碳纤维布与混凝土梁表面紧密结合,停顿5分钟没有其他异常情况后在碳纤维布表面再刷一层浸渍胶,使碳纤维布完全被树脂浸润,并用刷子沿纤维方向挤压,除去碳纤维下面的水泡。随后在锚固区域粘贴附加锚固U型箍或压条,压紧条安装时需与混凝土面保持1cm左右的缝隙以防止剥离破坏,之后拆除千斤顶和锚具张拉支架。

    (6)固化养护与拆卸夹具:应碳纤维布在施工环境温度和材料特性合理控制固化时间,当施工环境温度低于25℃时,固化时间相对延长。在浸渍胶凝固后,检查碳纤维布的粘贴质量,在构件上覆盖一层塑料薄膜,养护后松开张拉机具,裁除多余的碳纤维布,将张拉机具卸除。

    旧房加固有必要吗?

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