重庆加固公司：加固技术新时代
发布日期：2013-06-14 00:28:26 浏览量：1379
碳纤维结构补强技术，是钢筋混凝土结构体外补强的一种新技术，在国外已经成熟，并得到广泛认同。我国由上海毅实建筑加固工程有限公司最先引进。近几年来，公司与高等院校和科研单位等方面合作，经过消化吸收，这项技术在全国许多省市多项工程中成功应用。现在已经形成有口皆碑，用户辗转相传。很明显，它必将如国外一样，使我国的混凝土结构补强技术得到新的发展。但它为什么会形成结构补强技术的一种新趋势？它的基本原理和方法是怎样的？我们必须从传统补强方法说起。
一、混凝土结构的损坏及传统补强方法
已建混凝土结构损坏的原因很多，大致有以下几方面：
·设计不周、施工缺陷：这类问题本应避免，但无法杜绝，且近年因种种 原因层出不穷，有的很严重；
·年久老化：建国以来和改革开放以来大规模建设的工程正分批陆续接近 寿命期，甚至超期服役；
·腐蚀：受酸、碱、盐侵害，风化、水的渗透、冻融循环；
·意外灾害：地震、台风、凌汛、人为撞击、火灾等损坏；
·超载。
以上原因直接导致混凝土粉化、疏松、剥落、开裂和钢筋锈蚀。使结构物裂缝扩展、刚度降低、挠度增大，承载力削弱甚至丧失。以致结构物涉险服役，严重的不堪再用。
因此新世纪开始，我国将出现结构修复补强的浪潮，甚至会持续相当长时间。 过去常使用的传统补强方法，主要有加大截面法、体外预应力法和外包钢板法几种。加大截面法又名外包混凝土法。主要是将截面加宽、加厚、加高，以容纳新增钢筋。此法很有效，但增加结构体积和自重，造成肥梁胖柱、施工工序繁多、用工多、施工期长，且要用大型机械，还必须有很大施工空间；体外预应力法是在梁下加受拉弦杆，和立柱一起形成反拱架，补强效果好但也有上述各种缺点，特别是结构高度增大很多；外包钢板法又称粘钢法，除上述缺陷外，难于紧贴原结构表面，且不耐腐蚀，必须定期防锈。因此，传统补强方法的应用场合受到种种限制，甚至某些条件下无法采用。
二、碳纤维补强的方法
碳纤维补强的基本材料是将高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍形成为碳纤维增强复合材料片材(Carbon Fiber Reinforced Plastics或polymer，简称CFRP)。将片材用专门配制的环氧树脂粘贴在结构受拉面，树脂固化后与原结构形成新的受力复合体，碳纤维片即可与钢筋共同受力。由于碳纤维片分担了荷载，就降低了钢筋的应力，而使结构得到加固补强。
高强度碳纤维片的抗拉强度可达3400N/mm2，比钢材高7～10倍。弹性模量有2.35×105N/mm2至3.8×105N/mm2等几种，与钢筋相近或略高。因此，有很好的与钢筋共同工作的性能。由于采用了不同配比、性能各异的环氧树脂料，可以使界面树脂渗入混凝土中，片材紧随构件外形粘贴，粘贴用的树脂料又具有较高粘结强度，能有效传递碳纤维片与混凝土两种材料间的应力，保证不产生界面的粘结剥离。
CFRP在交通和建筑工程中的应用
(一)梁、板结构补强 各种类型公路、铁路桥梁、桥板和建筑物的梁、板都可应用。
1、抗弯补强。碳纤维片贴在受拉一侧，即跨中的下部和连续板、连续梁、悬臂板、梁支座的上部，沿受力筋方向粘贴。
由于碳纤维片弹性模量比钢筋稍大，受力时延伸率小于钢筋，故在结构受力时先行受力，随荷载逐渐增加达到两者变形协调时，两者共同受力并按一定比例分配。往往在补强前或者因原有钢筋锈蚀造成截面积不足，或因超载原有钢筋应力过大，补强后碳纤维分担了拉力，使钢筋应力大大降低，结构承载力得以提高。
抗弯补强时，可以根据受力需要贴一层至多层。还可应用高弹性模量片材，补强效果更显著。
2、抗剪补强。通常是在梁靠近端部主拉应力较大的区域和有次梁或较大集中荷载作用的部位。补强时在梁的两侧面竖向粘贴，或与梁底形成U形环包。相当于增加抗剪箍筋以分担原箍筋的剪力。
3、抗疲劳补强。工业厂房吊车梁、桥梁及桥面板，都可以粘贴碳纤维片以提高结构的疲劳抗力。桥面板上下同时粘贴效果更好。
(二)柱、墩补强
对桥墩、高架柱、建筑物独立柱和有翼柱，都可有效补强。
1、中心受压柱的抗压补强，用碳纤维在柱中部横向环包，在受压区产生环向束缚作用，能提高抗压能力，降低柱的压屈系数。
2、偏心受压柱，在柱受拉弯的侧面沿柱轴纵向粘贴，可有效补强。
3、抗震性能补强，在地震或台风的横向力作用下，柱端弯矩和剪力都很大，可以纵向粘贴和环包同时进行。既提高柱、墩横向抗力，又改善能量吸收性能，提高结构的延性，使结构抗侧向力能力显著提高。
对于建筑框架结构和与帽梁刚结的桥梁墩柱、高架柱，可以在柱的上下端同时补强，个别上端横向约束较弱者，则可只考虑下端的补强。
(三)剪力墙补强，在剪力墙单面或双面沿抗剪配筋方向粘贴碳纤维片。
(四)高耸结构，如烟囱、水塔、筒仓、高杆灯架等，受力情况与墩柱类似，补强方法也类同。
(五)环形受力结构，如水池、罐体的抗张力侧壁，可在单侧或双侧缠绕粘贴。
(六)涵洞、隧道及衬砌，由于环向压力不均造成横截面各方位应力异常而产生纵向受拉裂缝，甚至衬砌剥落，以及由于地基沉降不均造成的纵向错位，都可采取混凝土局部填补、置换和碳纤维片补强联合应用的办法。
(七)封闭和防护功能。用碳纤维片粘贴可以将结构裂缝密闭，较宽较深的裂缝还可在贴片前用环氧树脂灌缝进行密闭，从而控制裂缝的进一步扩展，阻止水分渗入引起钢筋锈蚀，同时还具有增强抗腐蚀性能的作用。这就是在结构补强的同时，也带来了封闭和防护的副效应。相反，有些虽出现破损但承载力尚未降低的结构，也可以封闭和防护维修为主效应，同时也有结构补强的副效应。
上述各种补强，以桥梁和一般建筑物的梁板结构补强占大部分，桥梁墩柱的抗震补强次之，其他结构补强只占很少部分。但它们在国外都已得到广泛应用、研究和使用考验。日本各种补强技术已有由建设省或各种团体编制的设计、施工规范。在我国，上海毅实加固公司已成功地在二十多项工程中应用，也编制了企业工法和规范。对于在国外业已成熟的碳纤维补强技术，我们也已成功掌握并积累了实际应用的丰富经验，相信它将在新世纪发挥威力。
三、碳纤维补强技术的优越性
综上所述，我们将碳纤维补强技术的特点和优越性归纳如下：
(一)优异的力学性能，可有效应用于多种形式的结构补强，包括抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展、增加结构的延性。
(二)优异的化学稳定性，使经过补强和维修的结构具有极强的抗酸、碱、盐、紫外线侵蚀和防水能力；具有足够的适应气温变化的能力。易于外加防火涂层后有效地防火。可以大大增强结构对恶劣外部环境的适应能力，延长结构寿命，这是包钢方法不可比拟的。
(三)材料的轻质高强，可以不增加结构体积，所增加的结构自重几乎可以忽略。这是传统方法做不到的。
(四)施工工序简单，可用小型电动工具操作，不象传统补强方法需要众多工种、大量劳动力、大型施工设备及吊装机械。因而可以在传统技术无法施工的有限作业空间内实施。而且进度快、工期短，更能在持续交通有振动的情况下操作。从而大大缩短工程停工、停止运营或断路施工的时间，极大地降低经济损失和社会影响。
(五)由于材料柔软，易于随结构外形粘贴，补强后不改变结构外形，同时便于用所需色彩涂装，而不显露补强痕迹。 随着碳纤维补强技术的优越性在工程领域得到普遍认同，这项技术的应用将会愈来愈广泛。随着有关科研的开展，工程实践经验的积累，新应用领域的进一步探索与开拓，这项技术将更加成熟，更加完善。我们上海毅实加固公司希望与各位同行开展更有效而广泛的合作。众志成城，这项技术的应用必将呈现出更加广阔的前景。
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://lubanwang.com/a_20130614002844.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
一、混凝土结构的损坏及传统补强方法
已建混凝土结构损坏的原因很多，大致有以下几方面：
·设计不周、施工缺陷：这类问题本应避免，但无法杜绝，且近年因种种 原因层出不穷，有的很严重；
·年久老化：建国以来和改革开放以来大规模建设的工程正分批陆续接近 寿命期，甚至超期服役；
·腐蚀：受酸、碱、盐侵害，风化、水的渗透、冻融循环；
·意外灾害：地震、台风、凌汛、人为撞击、火灾等损坏；
·超载。
以上原因直接导致混凝土粉化、疏松、剥落、开裂和钢筋锈蚀。使结构物裂缝扩展、刚度降低、挠度增大，承载力削弱甚至丧失。以致结构物涉险服役，严重的不堪再用。
因此新世纪开始，我国将出现结构修复补强的浪潮，甚至会持续相当长时间。 过去常使用的传统补强方法，主要有加大截面法、体外预应力法和外包钢板法几种。加大截面法又名外包混凝土法。主要是将截面加宽、加厚、加高，以容纳新增钢筋。此法很有效，但增加结构体积和自重，造成肥梁胖柱、施工工序繁多、用工多、施工期长，且要用大型机械，还必须有很大施工空间；体外预应力法是在梁下加受拉弦杆，和立柱一起形成反拱架，补强效果好但也有上述各种缺点，特别是结构高度增大很多；外包钢板法又称粘钢法，除上述缺陷外，难于紧贴原结构表面，且不耐腐蚀，必须定期防锈。因此，传统补强方法的应用场合受到种种限制，甚至某些条件下无法采用。
二、碳纤维补强的方法
碳纤维补强的基本材料是将高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍形成为碳纤维增强复合材料片材(Carbon Fiber Reinforced Plastics或polymer，简称CFRP)。将片材用专门配制的环氧树脂粘贴在结构受拉面，树脂固化后与原结构形成新的受力复合体，碳纤维片即可与钢筋共同受力。由于碳纤维片分担了荷载，就降低了钢筋的应力，而使结构得到加固补强。
高强度碳纤维片的抗拉强度可达3400N/mm2，比钢材高7～10倍。弹性模量有2.35×105N/mm2至3.8×105N/mm2等几种，与钢筋相近或略高。因此，有很好的与钢筋共同工作的性能。由于采用了不同配比、性能各异的环氧树脂料，可以使界面树脂渗入混凝土中，片材紧随构件外形粘贴，粘贴用的树脂料又具有较高粘结强度，能有效传递碳纤维片与混凝土两种材料间的应力，保证不产生界面的粘结剥离。
CFRP在交通和建筑工程中的应用
(一)梁、板结构补强 各种类型公路、铁路桥梁、桥板和建筑物的梁、板都可应用。
1、抗弯补强。碳纤维片贴在受拉一侧，即跨中的下部和连续板、连续梁、悬臂板、梁支座的上部，沿受力筋方向粘贴。
由于碳纤维片弹性模量比钢筋稍大，受力时延伸率小于钢筋，故在结构受力时先行受力，随荷载逐渐增加达到两者变形协调时，两者共同受力并按一定比例分配。往往在补强前或者因原有钢筋锈蚀造成截面积不足，或因超载原有钢筋应力过大，补强后碳纤维分担了拉力，使钢筋应力大大降低，结构承载力得以提高。
抗弯补强时，可以根据受力需要贴一层至多层。还可应用高弹性模量片材，补强效果更显著。
2、抗剪补强。通常是在梁靠近端部主拉应力较大的区域和有次梁或较大集中荷载作用的部位。补强时在梁的两侧面竖向粘贴，或与梁底形成U形环包。相当于增加抗剪箍筋以分担原箍筋的剪力。
3、抗疲劳补强。工业厂房吊车梁、桥梁及桥面板，都可以粘贴碳纤维片以提高结构的疲劳抗力。桥面板上下同时粘贴效果更好。
(二)柱、墩补强
对桥墩、高架柱、建筑物独立柱和有翼柱，都可有效补强。
1、中心受压柱的抗压补强，用碳纤维在柱中部横向环包，在受压区产生环向束缚作用，能提高抗压能力，降低柱的压屈系数。
2、偏心受压柱，在柱受拉弯的侧面沿柱轴纵向粘贴，可有效补强。
3、抗震性能补强，在地震或台风的横向力作用下，柱端弯矩和剪力都很大，可以纵向粘贴和环包同时进行。既提高柱、墩横向抗力，又改善能量吸收性能，提高结构的延性，使结构抗侧向力能力显著提高。
对于建筑框架结构和与帽梁刚结的桥梁墩柱、高架柱，可以在柱的上下端同时补强，个别上端横向约束较弱者，则可只考虑下端的补强。
(三)剪力墙补强，在剪力墙单面或双面沿抗剪配筋方向粘贴碳纤维片。
(四)高耸结构，如烟囱、水塔、筒仓、高杆灯架等，受力情况与墩柱类似，补强方法也类同。
(五)环形受力结构，如水池、罐体的抗张力侧壁，可在单侧或双侧缠绕粘贴。
(六)涵洞、隧道及衬砌，由于环向压力不均造成横截面各方位应力异常而产生纵向受拉裂缝，甚至衬砌剥落，以及由于地基沉降不均造成的纵向错位，都可采取混凝土局部填补、置换和碳纤维片补强联合应用的办法。
(七)封闭和防护功能。用碳纤维片粘贴可以将结构裂缝密闭，较宽较深的裂缝还可在贴片前用环氧树脂灌缝进行密闭，从而控制裂缝的进一步扩展，阻止水分渗入引起钢筋锈蚀，同时还具有增强抗腐蚀性能的作用。这就是在结构补强的同时，也带来了封闭和防护的副效应。相反，有些虽出现破损但承载力尚未降低的结构，也可以封闭和防护维修为主效应，同时也有结构补强的副效应。
上述各种补强，以桥梁和一般建筑物的梁板结构补强占大部分，桥梁墩柱的抗震补强次之，其他结构补强只占很少部分。但它们在国外都已得到广泛应用、研究和使用考验。日本各种补强技术已有由建设省或各种团体编制的设计、施工规范。在我国，上海毅实加固公司已成功地在二十多项工程中应用，也编制了企业工法和规范。对于在国外业已成熟的碳纤维补强技术，我们也已成功掌握并积累了实际应用的丰富经验，相信它将在新世纪发挥威力。
三、碳纤维补强技术的优越性
综上所述，我们将碳纤维补强技术的特点和优越性归纳如下：
(一)优异的力学性能，可有效应用于多种形式的结构补强，包括抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展、增加结构的延性。
(二)优异的化学稳定性，使经过补强和维修的结构具有极强的抗酸、碱、盐、紫外线侵蚀和防水能力；具有足够的适应气温变化的能力。易于外加防火涂层后有效地防火。可以大大增强结构对恶劣外部环境的适应能力，延长结构寿命，这是包钢方法不可比拟的。
(三)材料的轻质高强，可以不增加结构体积，所增加的结构自重几乎可以忽略。这是传统方法做不到的。
(四)施工工序简单，可用小型电动工具操作，不象传统补强方法需要众多工种、大量劳动力、大型施工设备及吊装机械。因而可以在传统技术无法施工的有限作业空间内实施。而且进度快、工期短，更能在持续交通有振动的情况下操作。从而大大缩短工程停工、停止运营或断路施工的时间，极大地降低经济损失和社会影响。
(五)由于材料柔软，易于随结构外形粘贴，补强后不改变结构外形，同时便于用所需色彩涂装，而不显露补强痕迹。 随着碳纤维补强技术的优越性在工程领域得到普遍认同，这项技术的应用将会愈来愈广泛。随着有关科研的开展，工程实践经验的积累，新应用领域的进一步探索与开拓，这项技术将更加成熟，更加完善。我们上海毅实加固公司希望与各位同行开展更有效而广泛的合作。众志成城，这项技术的应用必将呈现出更加广阔的前景。
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