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碳纤维材料加固技术应遵守哪些设计原则?

发布时间:2018/09/02 点击量:

  美、日、西欧等对FRP研究开展较早的国家已制定了FRP方面的规程、标准, 如1993年日本建筑院(AIJ) 的《FRP加固混凝土结构设计指南》,1996 年日本土木工程协会(JSCE) 的《连续纤维材料补强加固混凝土结构物的设计及施工规程》,欧洲的”高性能纤维复合材料加固混凝土结构实计指南”,1990年美国AC1-440F委员会,ACI-440R委员会的相关草案等。我国也已编制了《碳纤维布加固修复混凝士结构技术规程》。这些规程都注意到这一新材料与传统建筑材料的差异,指出在遵守已有的钢筋混凝土规范的同时,还应遵循的设计和施工原则。接下来就由建筑加固企业小编为大家先容碳纤维材料加固技术的设计原则

碳纤维加固

  1.抗弯设计

  受拉区外贴FRP加固的梁在荷载作用下的抗弯设计主要基于受压区混凝士的受压破坏、受拉区纤维的拉断以及其它几项提前破坏形式(FRP粘结处混凝土基层的拉剪破坏,即锚固破坏:梁竖向裂缝导致的粘结剥离:梁的斜截面抗剪破坏),而不象钢筋混凝土梁以钢筋届服为标准进行设计。高强FRP的极限抗拉强度远高于钢筋的屈服强度(碳纤维抗拉强度在3000 ~ 4500MPa之间),而且在整个加载过程中都呈线弹性,直至被拉断。因此采用FRP加固的梁,在钢筋屈服后承载能力继续增加,最后导致脆性破坏。设计中材料断面面积的大小应根据应力应变关系和拉区拉力来确定,而不能根据等量的钢筋断面面积来确定。

  在保证梁在破坏前有足够的延性和安全储备方面,一般认为:

  (1)在混凝土受压破坏和FRP拉断前,受拉钢筋应变值达到0.5%以上,可以认为梁具有足够的延性。

  (2)可以通过合理的锚固没计来避免提前破坏的出现。FRP层数越多,与混凝士基面的粘结应力越高,应验算FRP粘贴面积和粘结强度是否足够。

  (3)极限抗力应主要由不考虑FRP贡献的部分承担,无FRP的梁应能持续承受静载、部分活荷载及环境荷载,以防意外倒塌。

  2.抗剪设计

  FRP的抗剪作用可通过假定裂縫方向上纤维的应力及面积来计算,在设计中应满足:

  (1)计算FRP的作用时,FRP的拉应变值应限制在0.4%以内, 以保证混凝土的啮合作用有效,并减小变形。

  (2)应对粘结应力进行细致分析,以保证加固方法的有效性。。对FRP条的间距进行限制,保证抗剪的有效性。

  (3)FRP对抗剪强度的提高部分与箍筋的提高部分之和应不超过有关规范的规定,即截面限制条件。

  3.抗压及延性的提高

  (1)圆形及矩形俄面的受压构件均可以采用外包FRP方法进行加强。FRP的约束作用可以显著提高混凝上的极限应变和极限强度。

  (2)矩形截面的加强效果不如圆形 俄面的好,根据截面的几何尺寸、 相关比率、钢筋的约束形式可以确定两者的有效性系数.

  (3)FRP的应变应根据应变协调原理,根据轴向压力引起的径向压应变来计算。

  (4)延性的提高来源于在混凝士受压破坏前应变的提高能力。FRP外套也能防止纵向钢筋的受压屈曲。可以采用FRP箍来加强混凝士受压构件在地震时的塑性变形能力。

  以上是ACI-440F规程的部分规定,表明碳纤维加固混凝土这一新技术 也必须遵循一定的设计原则。这些原则中包括相关规范中的一些基本规定,如被如固构件的最小被面限制条件;地震区加周框架梁的换算配筋率和有效受压区高度分别不宜大于2.5%和一级不应大于0.25,二、三级不应大于035 ( GBJ11-89)。抗震设计中概念没计同样适用于抗震加固,如整体刚度,构件间连接,各构件的抗震验算;注意加固后质量和刚度沿高度的平缓变化,避免造成薄弱层的转移,各楼层屈服系数大致相等,同层柱强度、刚度、延性也要大致相等。

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