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預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固原理

1、預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固方法

預(yù)應(yīng)力纖維布加固系統(tǒng)由三部分組成：錨具、碳纖維布、碳纖維膠。其工作原理是將纖維布張拉至設(shè)計(jì)值，用粘結(jié)材料將其粘貼到混凝土板梁的受拉面，使其與混凝土結(jié)構(gòu)共同受力利用碳纖維材料良好的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及強(qiáng)度的目的。

2、預(yù)應(yīng)力碳纖維布施工工藝

（1）施工準(zhǔn)備：在加固表面按照設(shè)計(jì)施工放樣，準(zhǔn)確確定預(yù)應(yīng)力碳纖維布和兩端錨具位置。放樣采取鋼尺定位，根據(jù)支座位子確定實(shí)際鉆孔以及混凝土清理位置。

（2）混凝土粘貼表面處理：橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長期直接暴露在頭一定濕度的空氣中，在粘貼碳纖維布加固施工中，需打鑿掉脆化疏松層，提高粘結(jié)力。對(duì)混凝土粘貼面的脆化疏松層，應(yīng)采用硬質(zhì)金剛石磨輪打磨掉且完全露出新面，并用鋼絲刷清楚輸送浮層。為了保證預(yù)應(yīng)力碳纖維布與混凝土之間的設(shè)計(jì)間隙，實(shí)現(xiàn)碳纖維布受力張拉時(shí)平直均衡無阻礙，對(duì)混凝土高凸面應(yīng)采用金剛石打磨片打磨，對(duì)混凝土低凹面應(yīng)采用環(huán)氧修補(bǔ)膠修補(bǔ)。而20世紀(jì)80年代以后修建的，其中已有不少橋梁暴露出缺陷，更有一些在遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí)出現(xiàn)耐久性能嚴(yán)重退化的現(xiàn)象，影響其承載能力和使用壽命。假如粘貼時(shí)混凝土濕度較大，對(duì)混凝土粘貼面尚須進(jìn)行人工干燥處理。

（3）鉆植膠錨螺栓：施工放線次啊要鋼筋探測(cè)儀標(biāo)定螺栓鉆孔位置，假如遇到鋼筋需移位，應(yīng)通知技術(shù)人員記錄編號(hào)，并安排現(xiàn)場(chǎng)修整支座板安裝孔。采用電錘鉆孔時(shí)應(yīng)保證鉆孔中心線與混凝土梁面垂直，鉆孔中心位置偏差不超過3mm。好的碳纖維絲束比較黑亮，用火燒一下，不會(huì)卷曲，會(huì)像細(xì)鐵絲一樣發(fā)紅，用手摸平滑，柔光，絲束均勻，順直、布面平整，導(dǎo)電性能好。采用化學(xué)膠管或植筋膠植入螺栓時(shí)，應(yīng)保證孔內(nèi)膠液飽滿且螺栓垂直于梁面。

（4）安裝錨具支座與預(yù)應(yīng)力碳纖維布：將錨固板安裝至張拉板上，調(diào)整張拉鋼板，使碳纖維布的縱向軸線通過錨具中線，以保證碳纖維布截面內(nèi)力分布均勻。待調(diào)整好平整度后，將碳纖維布的兩端固定在錨固板上，取下另一段的錨固板，放置在干凈的塑料布上，以便于在梁上涂刷浸漬膠。對(duì)于配有底膠應(yīng)按說明進(jìn)行涂刷和養(yǎng)護(hù)，不得擅自免去涂刷底膠工序。將配置好的浸漬膠均勻涂刷在構(gòu)件的粘貼面，應(yīng)保證涂刷厚度均勻。

（5）張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與壓緊條安裝：將錨固板安裝在構(gòu)件的另一端的張拉板上，軸承壓在錨固板上，安裝千斤頂并調(diào)整處于水平位置，加壓張拉至設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力值的15%，刻錄錨具張拉移動(dòng)起始線。加壓張拉至設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力值的30%，檢測(cè)錨行程位移是否對(duì)應(yīng)預(yù)張拉時(shí)的刻錄線。分段加壓張拉至設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力值的50%、70%、90%、，檢測(cè)錨具行程位移是否滿足理論伸長量的要求，按規(guī)范要求張拉端錨具行程位移與理論伸長量誤差應(yīng)不大于±6%。加壓或減壓時(shí)，千斤頂行程速度應(yīng)控制在20mm/分鐘以內(nèi)，嚴(yán)禁快速?zèng)_、放千斤頂行程。所有張拉都應(yīng)在碳布膠適用期內(nèi)完成。分段加壓張拉至設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力值的50%、70%、90%、100%，檢測(cè)錨具行程位移是否滿足理論伸長量的要求，按規(guī)范要求張拉端錨具行程位移與理論伸長量誤差應(yīng)不大于±6%。當(dāng)張拉應(yīng)力值和張拉端錨具行程位移滿足要求后，將拉桿上面的鎖固螺栓扭緊到位，使錨固端的碳纖維布與混凝土梁表面緊密結(jié)合，停頓5分鐘沒有其他異常情況后在碳纖維布表面再刷一層浸漬膠，使碳纖維布完全被樹脂浸潤，并用刷子沿纖維方向擠壓，除去碳纖維下面的水泡。隨后在錨固區(qū)域粘貼附加錨固U型箍或壓條，壓緊條安裝時(shí)需與混凝土面保持1cm左右的縫隙以防止剝離破壞，之后拆除千斤頂和錨具張拉支架。

（6）固化養(yǎng)護(hù)與拆卸夾具：應(yīng)碳纖維布在施工環(huán)境溫度和材料特性合理控制固化時(shí)間，當(dāng)施工環(huán)境溫度低于25℃時(shí)，固化時(shí)間相對(duì)延長。在浸漬膠凝固后，檢查碳纖維布的粘貼質(zhì)量，在構(gòu)件上覆蓋一層塑料薄膜，養(yǎng)護(hù)后松開張拉機(jī)具，裁除多余的碳纖維布，將張拉機(jī)具卸除。其原理與粘貼鋼板加固相似，均是在結(jié)構(gòu)的受拉側(cè)粘貼抗拉材料，以起到與結(jié)構(gòu)共同受力，增強(qiáng)配筋的作用。

基于光纖的智預(yù)應(yīng)力碳纖維加固系統(tǒng)

1、性能簡述

光纖碳纖維板是指由碳纖維增強(qiáng)材料，環(huán)氧樹脂基體材料，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部加入具有形狀記憶功能的驅(qū)動(dòng)元件和測(cè)控軟硬件，并經(jīng)一系列生產(chǎn)工藝制成的碳纖維板。

區(qū)別于普通的碳纖維板，光纖智能碳纖維板主要是能感知外部環(huán)境的變化和荷載作用，感知內(nèi)部結(jié)構(gòu)的疲勞性和腐蝕性，并通過智能軟件傳輸?shù)诫娔X端，使工程人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到工程結(jié)構(gòu)概況。

2、應(yīng)用評(píng)價(jià)

針對(duì)重大工程和基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測(cè)和診斷是一項(xiàng)貫穿整個(gè)工程生命的周期的技術(shù)，從工程施工、運(yùn)營管理一直到拆除都需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

光纖預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)除了具有普通碳纖維板的低密度、高強(qiáng)度、耐久性好、耐酸堿化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)、抗壓抗剪強(qiáng)度大等優(yōu)異性能，可廣泛適用于工業(yè)與民用建筑物的梁、板、柱、墻、天路公路強(qiáng)梁、隧道、煙囪、塔結(jié)構(gòu)等設(shè)施的加固補(bǔ)強(qiáng)。預(yù)應(yīng)力碳纖維板做補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小，相較于置換混凝土加固法、化學(xué)灌漿施工等加固方法，預(yù)應(yīng)力碳纖維版施工工藝更為簡便且加固效果突出。相較于其他的加固方式，利用預(yù)應(yīng)力談纖維板加固系統(tǒng)有顯而易見的優(yōu)勢(shì)，并作為一種新興技術(shù)，已得到愈來愈多的青睞于肯定。二光纖預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)正好彌補(bǔ)了普通碳纖維板加固在結(jié)構(gòu)中無法實(shí)時(shí)檢測(cè)的遺憾。加固混凝土構(gòu)件所用的碳纖維布，是由碳纖維長絲經(jīng)編織而制成的柔軟片材。相比普通碳纖維板的性能特點(diǎn)，光纖預(yù)應(yīng)力碳纖維板肯定是更上一層樓。因此也已在橋梁、建筑物結(jié)構(gòu)等工程中得到適用，并取得一致好評(píng)。

梁結(jié)構(gòu)加固方法優(yōu)缺點(diǎn)

增大截面加固法是通過增加原梁的受力鋼筋，同時(shí)在外側(cè)新澆筑混凝土以增大梁截面。

優(yōu)點(diǎn)：是對(duì)增大梁的輕度和剛度穩(wěn)定性是效果明顯的和有保障的，同時(shí)可以根據(jù)受力特點(diǎn)個(gè)加固目的靈活設(shè)計(jì)為單側(cè)、雙側(cè)或三面包套，這為一些位置難以施工的梁提供了靈活性的處理方式，規(guī)范沒有同其他加固方法一樣限制只能提高40%的強(qiáng)度，對(duì)承載力相差較大的情況特別適用，該法施工工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，正基于這些優(yōu)點(diǎn)，此方法為我們大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同行的選。在國外芳綸纖維板已得到廣泛的應(yīng)用，然而在我國尚處于起步階段，相關(guān)研究與資料更是少之又少。

缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)到施工工藝相對(duì)其他加固方法較多，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)大，周期長，造價(jià)相對(duì)較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和生活有一定影響。新、舊混凝土結(jié)合、新舊縱筋、箍筋的焊接等節(jié)點(diǎn)處理比較繁瑣，完成質(zhì)量跟施工隊(duì)自身素質(zhì)影響較大，增加了結(jié)構(gòu)本身的自重和截面大小，也有可能改變了結(jié)構(gòu)本身的剛度分配，造成相鄰其他構(gòu)件的連鎖加固。短切玄武巖具有突出的耐高溫性，使其可以在為零下269-650℃范圍之間連續(xù)工作。

梁粘貼纖維復(fù)合材加固技術(shù)是利用碳素纖維布和結(jié)構(gòu)膠對(duì)原梁進(jìn)行加固處理

優(yōu)點(diǎn)：纖維復(fù)合材的抗拉強(qiáng)度高，是同等截面鋼材的7-10倍；重量輕、密度只有普通鋼材的1/4；采用化學(xué)膠管或植筋膠植入螺栓時(shí)，應(yīng)保證孔內(nèi)膠液飽滿且螺栓垂直于梁面。碳纖維復(fù)合材加固的耐久性好，可阻抗化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境、氣候變化的壞；碳纖維加固的施工方便快捷、省力節(jié)時(shí)、施工質(zhì)量易于保證；加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響，維護(hù)費(fèi)用低。

缺點(diǎn)：完成質(zhì)量在很大程度上依賴碳纖維布和結(jié)構(gòu)膠的選取，而現(xiàn)在市場(chǎng)上纖維材料和結(jié)構(gòu)膠質(zhì)量參差不齊，價(jià)格相差比較大，這樣也就有些自身要求不嚴(yán)格的施工單位沒有嚴(yán)格的按照設(shè)計(jì)要求選擇材料，而材料是決定此加固方法效果的關(guān)鍵。還有就是本身方法的缺陷，兩種不同材料的共同工作問題，規(guī)范雖然作了滯后效應(yīng)的考慮，但實(shí)際當(dāng)中加上施工的誤差，材料本身的差異，理論跟現(xiàn)實(shí)是有較大出入的，且加固規(guī)范要求此法在加固時(shí)不能超過原構(gòu)件承載力的40%，另外現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)還要注意防火問題。使用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)后的碳纖維布相較于普通碳布，強(qiáng)度方面更為優(yōu)越。