碳纖維布加固中附加錨固措施的選擇

在上一篇文章《碳纖維布加固剝離破壞是如何發(fā)生的?》中,跟大家分享了碳纖維布加固中剝離破壞的發(fā)生機(jī)理,今天,我們繼續(xù)聊聊控制碳纖維布剝離破壞的附加錨固措施。

一般而言,碳纖維布加固附加錨固措施有碳纖維U型箍錨固、鋼板U形箍錨固、梁底附加錨栓錨固和梁側(cè)約束鋼板錨固,它們有什么不同?哪種錨固措施更適合當(dāng)下的加固主體?

U型箍錨固與梁底附加錨栓錨固比較

在粘貼碳纖維布抗彎加固中,可采取U型箍錨固,或梁底附加錨栓錨固。

碳纖維U形箍錨固示意圖

U形箍的錨固原理,即利用U形箍對(duì)碳纖維布抗彎加固的鋼筋混凝土梁進(jìn)行錨固時(shí),在側(cè)面的碳纖維傳遞外部裂縫齒狀體混凝土之間的剪應(yīng)力,控制裂縫的發(fā)展速度。

同時(shí)底部混凝土和縱向碳纖維受到橫向U形箍的約束,界面應(yīng)力通過(guò)U形箍傳遞給拱形桁架梁,抵抗了剝離應(yīng)力和剪應(yīng)力,改善了界面局部應(yīng)力集中問(wèn)題,降低了局部混凝土單元的主拉應(yīng)力對(duì)縱向纖維布的作用,起到了阻止剝離的作用。

U形箍能較好地抑制斜裂縫發(fā)展,提高斜截面的抗彎能力,并使梁底粘結(jié)界面內(nèi)的粘結(jié)強(qiáng)度充分發(fā)揮,從而提高了梁的極限荷載。

碳纖維布的梁底附加錨栓錨固

而采用梁底附加錨栓錨固,當(dāng)碳纖維布的剝離是由靠近加載點(diǎn)處的斜裂縫引起時(shí),剝離迅速向兩端發(fā)展,很快越過(guò)錨栓,錨栓的抑制作用則微乎其微。

錨栓對(duì)碳纖維布的剝離效果不明顯,原因是膨脹螺栓與打孔之間有一定的直徑差,錨栓會(huì)由于碳纖維布發(fā)生剝離時(shí)產(chǎn)生的牽引力而發(fā)生側(cè)向變形,當(dāng)側(cè)向變形達(dá)到一定程度時(shí),錨栓的抗剪作用才得以發(fā)揮。

可以說(shuō),錨栓對(duì)抑制碳纖維布的剝離效果不明顯。而當(dāng)碳纖維布的剝離發(fā)展到一定程度時(shí),錨栓對(duì)碳纖維布的整體滑移還是能夠起到一定的抑制作用。

綜合來(lái)看,相較于U形箍來(lái)說(shuō),梁底附加錨栓的錨固作用是相對(duì)較弱的。

鋼板U形箍錨固與碳纖維U形箍錨固比較

鋼板U形箍錨固,是一種剛性錨固方案,而碳纖維U形箍或其他形式的碳纖維錨固,屬于柔性錨固方案。

鋼板U形箍錨固示意圖

在粘貼碳纖維布加固中,對(duì)于采用碳纖維布的柔性錨固方案來(lái)說(shuō),由于危險(xiǎn)截面處混凝土開裂后裂縫附近的碳纖維布應(yīng)力迅速增加,形成較高的集中應(yīng)力。這樣,靠近危險(xiǎn)截面處的錨固碳纖維布的應(yīng)力也隨著加大。

隨著裂縫寬度的增加,錨固處的碳纖維布逐漸成條帶撕裂,最后錨固區(qū)內(nèi)梁側(cè)粘貼的碳纖維布和剩余的錨固片材瞬間全部剝離,加固構(gòu)件發(fā)生破壞。

而由于材料的特性,鋼板U形箍不會(huì)發(fā)生像碳纖維U形箍一樣的條狀撕裂,所以其在低強(qiáng)度混凝土構(gòu)件的碳纖維布加固中有著較優(yōu)的錨固效果。

鋼板U形箍錨固碳纖維板示意圖

在施工方面,用來(lái)錨固的鋼板U形箍一般較薄,容易腐蝕,影響使用壽命,所以要對(duì)其進(jìn)行防護(hù)處理,這就增加了施工的復(fù)雜度。

而且鋼板在重量上大于碳纖維布,成型比碳纖維U形箍困難,對(duì)粘結(jié)面要求高,施工不太方便,很難保證三面與所加固構(gòu)件完全吻合,難以保證施工質(zhì)量,這是它不及碳纖維U形箍的地方。

綜上所述,在不采取任何附加錨固措施的時(shí)候,碳纖維布強(qiáng)度發(fā)揮率僅有12%,沒有充分發(fā)揮其材料強(qiáng)度,所以碳纖維布加固混凝土梁時(shí),不采取任何附加錨固措施是不經(jīng)濟(jì)的。

而碳纖維U形箍雖然有不及其他錨固措施之處,但由于其重量輕,不宜腐蝕,錨固范圍大,在施工上比一般的錨固方式操作更方便。此外,針對(duì)碳纖維材料單方向受力這一弱點(diǎn),我們可以采用雙向或多向粘貼碳纖維布的方法來(lái)解決。

當(dāng)然,無(wú)論是碳纖維布加固主體還是碳纖維U形箍錨固,兩者的加固效果決定于碳纖維布的質(zhì)量,所以,當(dāng)你花費(fèi)了100塊的精力做加固設(shè)計(jì),千萬(wàn)別毀在了5毛特效的加固材料上!

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