碳纖維砌體方面應用

砌體結構是我國應用廣泛的結構類型之一。由于砌體結構材料的脆性特性,砌體墻容易開裂。地震震害調查表明,砌體結構的抗震性能較差,在地震中容易產生嚴重的破壞。有些重要砌體結構破壞嚴重,如古建筑等,仍然需要加固修復,這對砌體結構的加固提出了新的要求。

由于碳纖維布具有強度高、質量輕、厚度小的特點,為嚴重破壞墻體的加固提供了一種可能方法。為研究碳纖維布加固嚴重破壞砌體墻的有效性,并為該技術在實際工程中的應用提供技術支持,本文進行了以下兩方面工作:

1 碳纖維布加固嚴重破壞砌體墻的試驗研究，開展了4片嚴重破壞墻體的碳纖維布加固試驗,其中開洞墻片和未開洞墻各2片。根據墻體破壞情況,分別采用了碳纖維布“X”型、“#”型和“X#”混合型布置方法,試驗研究了試件在恒定豎向軸壓力和水平低周反復荷載作用下的試驗性能;重點考查了加固后墻體的破壞形態和破壞特征;對比分析了原墻(破壞前)墻體的承載力、延性和耗能能力等性能。試驗研究表明:1)采用粘貼碳纖維布加固嚴重破壞墻體的方法是可行且有效的;加固后墻體的抗剪承載力、變形性能都較原墻墻體有明顯提高;雖然不能提高加固后的墻片的開裂強度,但能很好地約束裂縫的發展。

2 碳纖維布布置方法不同,對墻體的約束效果不同,應根據墻體破壞情況采取不同的布置。對于“X”型布置,碳纖維布的作用相當于桁架模型中的腹拉桿;對于“#”型布置,碳纖維布的作用相當于柱的箍筋;對于采用“X#”型布置,橫向的碳纖維布作用相當于柱的箍筋,而交叉碳纖維布的作用可則相當于桁架模型中的腹拉桿。

3 碳纖維布的破壞通常是由于被壓鼓而造成其與墻體剝落或者因基材(砌體墻)的水平裂縫將碳纖維剪斷,破壞時其應變遠小于其極限抗拉應變,因此碳纖維布加固嚴重破壞墻體時無須使用高強度的碳纖維布,但可以考慮高彈性模量的碳纖維布。

碳纖維布加固嚴重破壞墻體的抗剪承載力，先注結構膠(修補裂縫)后粘貼碳纖維布加固嚴重破壞砌體墻抗剪承載力的計算,及因注結構膠灌縫而使嚴重破壞墻抗剪承載力的提高系數。計算簡圖和承載力提高系數可用于預估碳纖維布加固嚴重破壞墻體的抗剪承載力。

采用碳纖維加固砌體結構提高結構抗震性能的方法和結構；

一：確定加固改造的部位，對砌體表面進行預處理；

二：在砌體表面涂刷粘結劑；

三：在砌體的表面呈網格狀雙面對稱粘貼碳纖維布帶；

四：鉆通孔；

五：碳纖維銷釘穿過通孔，通孔中注膠，碳纖維銷釘與砌體粘接在一起；

六：碳纖維銷釘露出砌體的兩端呈條片狀散開，且呈花瓣形分別與砌體兩面的碳纖維布帶拉結粘貼固定；

七：在上述條片粘貼固定的區域再加貼一塊涂膠碳纖維布。解決砌體兩面的碳纖維布帶缺乏有機聯系、不能保障碳纖維布帶與砌體結構協同工作的技術問題。

采用該方法能夠有效增強砌體結構的整體抗震性能，同時該方法還具有施工簡便、工期短、不占有原有空間、不增加結構及地基載荷、投資少的優點。

碳纖維布在磚砌體結構中的應用,除了防治及修補開裂墻體之外,另一個用途就是利用碳纖維布的高強的力學性能來提高磚砌體結構的抗震性能。碳纖維布加固砌體結構，從應用碳纖維布加固帶構造柱無窗洞砌體結構已作過的試驗結果表明,該加固技術能有效提高砌體結構的抗剪承載力。對碳纖維布加固帶窗洞砌體結構進行了試驗研究表明,加固后試件的抗震性能明顯改善,在工程中有廣闊的推廣應用前景。

1根據碳纖維布進行抗震加固的新建8層砌體房屋的實體墻長、寬各縮小1/2。構造柱、圈梁的截面及配筋相應縮小1/2。墻體施加正應力值取為0.5 MPa。

2碳纖維布加固示意圖本試驗中材料與該砌體房屋一致,砌塊采用蒸壓加氣混凝土小型砌塊,砂漿為水泥砂漿。底梁、圈梁及構造柱混凝土設計強度等級為C20。砌筑時采用分層輪流砌筑的施工方法,以盡量減小施工因素及砂漿強。

工程領域已普遍采用纖維增強復合材料對結構構件進行加固修復和翻新。該加固技術是將碳素纖維應用于土木工程,利用樹脂類黏結材料把碳纖維粘貼于結構或構件表面,形成復合材料體,通過與結構或構件的協同工作,達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。

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