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湖北加固公司
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增大截面加固
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增大截面加固

  在钢筋混凝土结构使用过程中,由于先天的设计不当,或施工程序不合理,或沉降不均及使用不当等各种原因,经常会造成钢筋混凝土主体构件开裂。现阶段对混凝土构件的裂缝可以采取多种方法进行补强加固,其中碳纤维布加固技术是新近发展起来的一种结构加固方

  在钢筋混凝土结构使用过程中,由于先天的设计不当,或施工程序不合理,或沉降不均及使用不当等各种原因,经常会造成钢筋混凝土主体构件开裂。现阶段对混凝土构件的裂缝可以采取多种方法进行补强加固,其中碳纤维布加固技术是新近发展起来的一种结构加固方法。目前,使用碳纤维布对钢筋混凝土结构进行加固在国外已有很多成功的例子。国内清华大学、华南理工大学的一些学者也都对此进行了很多研究。笔者就所监理的某厂房主梁加固过程,对构件的破坏原因进行分析以及加固方案的计算,并介绍结构破坏原因分析的全过程以及加固方案的选择和碳纤维加固钢筋混凝土梁的计算方法。

1.工程概况

    某两层轻型工业厂房,底层采用梁柱结构,主梁跨度为9m,梁间距为6m;上层为砖混结构。主梁采用预制钢筋混凝土梁,顶端通过预埋件与柱侧预埋钢板进行焊接。楼板采用预制钢筋混凝土楼板。在使用几年以后发现其中有两根大梁表面在靠近梁两个端部处均产生了贯通性斜向(八字)裂缝。裂缝最大宽度5mm,长度从20mm~ 200mm不等。由于该厂房是现在的使用方购买的二手房,与原先的设计单位和施工单位均无联系,因此委托笔者所  在的监理单位进行全程处理加固。

2.破坏分析

    2.1破坏形式的判断

    从表面看,结构主梁的破坏形式与剪切破坏极为相似,初步判断为梁抗剪承载力不足引起的剪切破坏。考虑到梁表面抹灰可能会对分析判断产生不利的影响,决定在凿除构件表面抹灰层后进行进一步的检测和分析。

    当萤除构件表面抹灰层后,原表面八字裂纹处未发现梁端部混凝土开裂,但在梁跨中部位发现了多条细微裂缝,方向与梁轴线垂直,间距均匀,在10~30cm之间,裂缝长度约为梁高的1/3—1/2不等。根据构件的裂缝情况进行分析,基本可以断定为梁是由于抗弯承载力不足引起的破坏,从而排除了抗剪承载力不足而引起构件破坏的可能性:

    2.2破坏原因的分析

    由于原结构施工图缺失,给进一步确定结构破坏的原因带来了一定的困难。经现场调查取证,得知在主梁的施工过程中存在违规操作,现场作业工人在主梁的混凝土未达到规范规定养护时间、混凝土强度尚未达到设计强度的100%时就开始进行了吊装施工。根据梁的破坏情况和产生了较大的挠度来看,混凝土强度不足可能是产生破坏的原因之一。经现场仔细勘查发现,二层有一道砖砌体墙直接砌筑在钢筋混凝土楼板上,而原结构设计中不存在此荷载。由于人为增加了结构荷载,造成结构实际受力与设计荷载不一致。

    经过对混凝土进行碳化检测,未发现存在异常情况。考虑到混凝土强度可能是破坏的一个因素,采用超声波和回弹联合对混凝土进行强度检测,按照规范规定的方法推定混凝土的立方体抗压强度等级达到了原设计C25的要求。

    根据现场调查结果和实验数据分析,认定结构破坏的原因主要有如下两点:(1)人为改变结构用途,导致实际荷载与设计荷载之间存在较大出入;(2)根据现场主梁两端的支承情况应采用简支梁的计算模型进行设计,而原设计人员是按两端固定的计算模型进行处理的,因此导致了截面抗弯钢筋配置不够。

    考虑到结构中发生破坏的主梁与楼板均采用预制,并且梁两个端部与柱上端均采用焊接的连接方式(如图l所示),根据工程的实际情况将该主梁简化为矩形截面简支梁来进行计算和分析(如图2所示)。

 

4.结构加固方案选择与加固过程

    4.1加固方案的选择

    常见加固方案有以下几种:增加截面尺寸,外包钢处理,碳纤维加固等。上述各种加固方案的优缺点如表1所示。

表1  结构加固方塞及其优缺点


方法

   

优点

   

缺点

   

适用范围

   



加大截面尺寸

   

成本低,施工简单


   

占用空间,施工周期长,湿作业多

   

对时间要求不高,要求控制成本的工程

   



外包钢处理


   

施工快速,无湿作业,基本不占用使用空间

   

施工难度大,对

现场环境要求高

   

无腐蚀性气体的环境

   



碳纤维布加固

   

施工方便,周期短,不占用使用空间

   


成本较高


   

一般均可

   


    在确定加固方案前,厂方提出该生产车间正在按照订单进行生产,不能长时间停产,同时考虑到厂房内部空间有限,所以不宜使用施工周期较长的加大截面尺寸的方法,厂房中存在易燃材料,所以也不宜使用焊接设备。综合以上三种方法的优缺点,决定采用碳纤维布对受损的梁进行加固。

    4.2加固过程

    加固材料采用北京金草田公司生产的碳纤维布,具体力学参数如表2所示。碳纤维布的参数

   


    其中1号碳纤维布用于抗弯,其作用相当于钢筋混凝土中的纵向钢筋;2号碳纤维布用于对l号碳纤维布的约束同时兼起一定的抗剪作用,其作用相当于钢筋混凝土中的箍筋,以保证结构在偶然荷载作用下剪切破坏不会在弯曲破坏之前发生。(采用上述图2计算简图进行验算,计算过程略)

    结构粘碳纤维布加固一般有以下几个步骤:清理粘接面→打磨表面→打底胶→找平胶→浸润碳纤维布并粘结。辊筒压出粘结层中的气泡→养护。

    加固过程严格按照国家现行规范《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》进行操作[6]经过加固后的混凝土梁见图3。

 

    4.3加固后的质量检验

    在加固完成使用了一段时间后,对主梁的使用情况进行了回访检查,未发现构件表面重新出现裂缝,证明了本次加固方案是完全能够满足主梁的使用功能的。

5.结论

    通过本次案例可以看出,利用碳纤维布进行结构加固是一种新型的结构加固方法。它具有由于施工工艺简单,施工周期短,耐腐蚀,抗疲劳性能好,可以适合被加固结构的各种形状,强度高,不增加结构自重,不占用使用空问等许多优点,是一种可以在结构加固和既有建筑的改造中大力推广的新型技术。

参考文献:

[1]Dat duthinh and Monnica statues.Strength and Ducfilit,v of Con. fete Beams Reinforced with Carbon Fiber—Reinforced 7Polymer  Plates and Steel[J].Journal of Composites for Constrnction.Janu. ary/February 2004.59—68.

[2|Bimal Babu Adhikary and Himshi Mutsuyoshi.Behavior of Concrete Beams Strengthened in Shear with Carbon—Fiber Sheets[J].Jour.nal of Composites for Construction.May/Jlme 2004.258—264.

[3]叶列平,赵树红,李全旺,等.碳纤维布加固混凝土柱的斜截面受剪承载力计算[J].建筑结构学报,2000(2):59—67.

[4]吴波,王维俊,张正先.反复荷载下碳纤维布加固钢筋混凝土框架梁的试验研究[J].世界地震工程,2003,19(1):62—69. 

[5]黄立,叶列平.碳纤维布加固RC梁中粘结性能的非线性有限元分析[J].工程力学,2004,21(2):54—61.

[6]CECS l46:2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].

(本文来源:陕西省土木建筑学会  文径网络:尚雯潇 尹维维 编辑  文径 审核)