碳纤维加固技术研究现状，这些你都知道吗?

在长期自然环境和服务环境的双重作用下,以及社会需求的变化、设计标准的提高等诸多因素的影响下,建筑结构加固研究具有重要的社会效益和巨大的经济效益。近年来,随着人们对建筑加固的重视,对其研究项目的投入也越来越多,相应的研究成果也越来越多。目前,工程中常用的钢筋混凝土结构加固方法主要有:加大截面加固法、钢骨复合加固法、预应力加固法、变应力体系加固法、FRP片材粘贴法等。其中,碳纤维布具有轻质、高强、高刚度、良好的抗疲劳、减振和耐腐蚀等特点,这使得其加固技术发展迅速。

与传统加固技术相比,粘贴碳纤维布加固混凝土结构具有以下技术优势:高强高效;结构简单。现场无需大型施工机械和固定设备,占用施工场地少,无湿作业,工作效率高;耐腐蚀性和耐久性;不要增加组件的自重和体积;应用范围广。特别是对于异形结构、受恶劣环境影响的结构以及抗震要求高的结构的加固,显示出其独特的优势。

国内外专家学者对钢管混凝土结构做了大量的研究,主要包括以下几个方面。

1.受弯构件的加固

碳纤维布加固受损混凝土梁的应用主要是利用碳纤维的抗拉承载力特性,将碳纤维布粘贴在构件的受损部位,使其与混凝土一起承受荷载,从而提高构件的承载力,达到加固效果。

(1)抗弯承载力研究

郑州大学的钱伟和高丹盈通过了9根初始损伤的CFRP板加固钢筋混凝土梁、6根CFRP板直接加固钢筋混凝土梁和3根钢筋混凝土梁的抗弯性能试验。结果表明,CFRP板加固钢筋混凝土梁的抗弯性能得到有效改善。初始荷载、初始裂缝和加载历史对钢筋混凝土梁的裂缝发展、刚度、屈服荷载和极限荷载有不同的影响。

(2)抗剪承载力研究

抗剪加固主要是将碳纤维布粘贴在构件的剪跨比上,起到类似于箍筋的作用,从而提高构件的抗剪承载力。武汉理工大学刘木宇等。疲劳损伤后,用U形碳纤维布加固钢筋混凝土受剪梁,然后对加固后的梁进行疲劳试验。试验结果表明,在疲劳荷载作用下,CFRP能明显降低加固梁中的箍筋应变,从而提高梁的疲劳寿命。

2.受压构件的加固

研究结果表明,用CFRP板约束的混凝土圆形或方形柱的承载力和延性均有较大提高。清华大学的张克和叶列平对三组碳纤维布加固混凝土柱在不同损伤程度后的反向受压和弯曲荷载作用下的抗震性能进行了试验研究。研究结果表明,碳纤维布周向粘贴可以提高受损混凝土柱的抗剪承载力和延性系数,大大提高柱的变形和耗能能力,从而提高结构在地震作用下的耗能能力。用CFRP加固受损混凝土柱可以显著改善柱的裂缝状态,抑制裂缝的进一步发展。

3.框架接缝的加固

近年来,国内许多研究者也对碳纤维加固框架节点进行了研究。结果表明,碳纤维加固未受损节点的承载力、刚度和变形均有所提高。对于损伤节点,碳纤维加固节点的极限承载力有所提高,提高幅度与未损伤节点相近,即损伤对极限承载力影响不大

郑州大学范建伟等人对两个碳纤维加固受损框架在竖向荷载作用下和一个碳纤维加固受损框架在水平低周反复荷载作用下进行了试验研究,得出以下结论:碳纤维布加固受损框架结构具有较强的抗循环荷载能力,达到最大值后,试件的承载力随着位移的增加而略有下降,即承载力退化较小;根据低周反复试验结果,CFRP加固受损混凝土框架在模拟地震作用下的破坏机制为:梁端和柱端形成塑性铰的混合机制。受损的B英寸梁柱节点混凝土断裂,柱根混凝土被压碎,但都发生在碳纤维板之间,结构具有良好的延性。