碳纖維砌體方面應(yīng)用

砌體結(jié)構(gòu)是我國(guó)應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)類型之一。由于砌體結(jié)構(gòu)材料的脆性特性,砌體墻容易開裂。地震震害調(diào)查表明,砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能較差,在地震中容易產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。有些重要砌體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,如古建筑等,仍然需要加固修復(fù),這對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的加固提出了新的要求。

由于碳纖維布具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、厚度小的特點(diǎn),為嚴(yán)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(yán)重破壞砌體墻的有效性,并為該技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供技術(shù)支持,本文進(jìn)行了以下兩方面工作:

1 碳纖維布加固嚴(yán)重破壞砌體墻的試驗(yàn)研究，開展了4片嚴(yán)重破壞墻體的碳纖維布加固試驗(yàn),其中開洞墻片和未開洞墻各2片。根據(jù)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(yàn)研究了試件在恒定豎向軸壓力和水平低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)性能;重點(diǎn)考查了加固后墻體的破壞形態(tài)和破壞特征;對(duì)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(yàn)研究表明:1)采用粘貼碳纖維布加固嚴(yán)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(qiáng)度,但能很好地約束裂縫的發(fā)展。

2 碳纖維布布置方法不同,對(duì)墻體的約束效果不同,應(yīng)根據(jù)墻體破壞情況采取不同的布置。對(duì)于“X”型布置,碳纖維布的作用相當(dāng)于桁架模型中的腹拉桿;對(duì)于“#”型布置,碳纖維布的作用相當(dāng)于柱的箍筋;對(duì)于采用“X#”型布置,橫向的碳纖維布作用相當(dāng)于柱的箍筋,而交叉碳纖維布的作用可則相當(dāng)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(shí)其應(yīng)變遠(yuǎn)小于其極限抗拉應(yīng)變,因此碳纖維布加固嚴(yán)重破壞墻體時(shí)無(wú)須使用高強(qiáng)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(yán)重破壞墻體的抗剪承載力，先注結(jié)構(gòu)膠(修補(bǔ)裂縫)后粘貼碳纖維布加固嚴(yán)重破壞砌體墻抗剪承載力的計(jì)算,及因注結(jié)構(gòu)膠灌縫而使嚴(yán)重破壞墻抗剪承載力的提高系數(shù)。計(jì)算簡(jiǎn)圖和承載力提高系數(shù)可用于預(yù)估碳纖維布加固嚴(yán)重破壞墻體的抗剪承載力。

采用碳纖維加固砌體結(jié)構(gòu)提高結(jié)構(gòu)抗震性能的方法和結(jié)構(gòu)；

一：確定加固改造的部位，對(duì)砌體表面進(jìn)行預(yù)處理；

二：在砌體表面涂刷粘結(jié)劑；

三：在砌體的表面呈網(wǎng)格狀雙面對(duì)稱粘貼碳纖維布帶；

四：鉆通孔；

五：碳纖維銷釘穿過(guò)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(jié)粘貼固定；

七：在上述條片粘貼固定的區(qū)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(jī)聯(lián)系、不能保障碳纖維布帶與砌體結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的技術(shù)問(wèn)題。

采用該方法能夠有效增強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，同時(shí)該方法還具有施工簡(jiǎn)便、工期短、不占有原有空間、不增加結(jié)構(gòu)及地基載荷、投資少的優(yōu)點(diǎn)。

碳纖維布在磚砌體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,除了防治及修補(bǔ)開裂墻體之外,另一個(gè)用途就是利用碳纖維布的高強(qiáng)的力學(xué)性能來(lái)提高磚砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能。碳纖維布加固砌體結(jié)構(gòu)，從應(yīng)用碳纖維布加固帶構(gòu)造柱無(wú)窗洞砌體結(jié)構(gòu)已作過(guò)的試驗(yàn)結(jié)果表明,該加固技術(shù)能有效提高砌體結(jié)構(gòu)的抗剪承載力。對(duì)碳纖維布加固帶窗洞砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)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(yīng)用前景。

1根據(jù)碳纖維布進(jìn)行抗震加固的新建8層砌體房屋的實(shí)體墻長(zhǎng)、寬各縮小1/2。構(gòu)造柱、圈梁的截面及配筋相應(yīng)縮小1/2。墻體施加正應(yīng)力值取為0.5 MPa。

2碳纖維布加固示意圖本試驗(yàn)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(gòu)造柱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20。砌筑時(shí)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(qiáng)。

工程領(lǐng)域已普遍采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固修復(fù)和翻新。該加固技術(shù)是將碳素纖維應(yīng)用于土木工程,利用樹脂類黏結(jié)材料把碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面,形成復(fù)合材料體,通過(guò)與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。

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