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預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)與碳纖維復(fù)合材料的性能與介紹

預(yù)應(yīng)力加固結(jié)構(gòu)的技術(shù)是自20世紀(jì)末開始研究的一項(xiàng)新型補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，在傳統(tǒng)粘貼加固技術(shù)上取得了重大突破，它能充分利用碳纖維復(fù)合材料的高抗拉強(qiáng)度，避免碳纖維過(guò)早剝離的現(xiàn)象，有效地提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)原有裂縫寬度和限制裂縫的形成與發(fā)展的效果，顯著提高結(jié)構(gòu)的工作性能。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。短切玄武巖纖維在腐蝕性介質(zhì)中具有較高耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，在飽和的堿性溶液和水泥等堿性介質(zhì)中還能保持更高的抗堿液腐蝕性能，單絲斷裂強(qiáng)度保留率大于75%。

預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或型鋼撐桿對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的方法，特點(diǎn)是通過(guò)預(yù)應(yīng)力手段強(qiáng)迫后加部分一拉桿或撐桿受力，改變?cè)Y(jié)構(gòu)內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，致使一般加固結(jié)構(gòu)中所特有的應(yīng)力應(yīng)變滯后現(xiàn)象得以完全消除，因此后加部分與原結(jié)構(gòu)能較好地共同工作，結(jié)構(gòu)的總體承載能力可顯著提高?？估瓘?qiáng)度高，是普通鋼材的4-8倍，極適合于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)。

1、預(yù)應(yīng)力加固碳纖維復(fù)合材料

預(yù)應(yīng)力碳纖維板彈性模量低而拉伸強(qiáng)度高，充分發(fā)揮需要1.5%以上的拉伸變形，而通常構(gòu)件的變形限制所允許的表面應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這一變形，當(dāng)加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)這一缺陷更加明顯，鋼筋的屈服變形僅為0.18%，即使在不考慮鋼筋初始變形的條件下鋼筋屈服時(shí)碳纖維所發(fā)揮的強(qiáng)度也不到12%，因此采用傳統(tǒng)粘貼方式進(jìn)行碳纖維加固時(shí)，碳纖維的高強(qiáng)度性能僅能被利用到很少的一部分，大部分的材料強(qiáng)度在結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)內(nèi)都無(wú)法正常發(fā)揮，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可使碳纖維板在承擔(dān)結(jié)構(gòu)傳遞的荷載應(yīng)力之前就已經(jīng)處于較高的應(yīng)力水平，預(yù)先發(fā)揮了一定的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了其高強(qiáng)性能的充分利用。碳纖維加固預(yù)應(yīng)力碳纖維板即碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)單向板材，采用碳纖維原料與良好基本樹脂，碳纖維板材具有拉伸強(qiáng)度高、耐腐蝕性、抗震性、抗沖擊性等良好性能，預(yù)應(yīng)力碳纖維板在前者已有特性上提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂荷載、屈服荷載。改善使用荷載下的性能。3、少筋破壞，受拉鋼筋先達(dá)到屈服，然后碳纖維片材超過(guò)極限拉應(yīng)變，并達(dá)到極限狀態(tài)而被拉壞，而此時(shí)受壓區(qū)混凝土尚未破壞。

預(yù)應(yīng)力碳纖維布的基本性能

預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固技術(shù)的碳纖維布預(yù)先承受了拉力，通過(guò)膠粘劑與混凝土構(gòu)件結(jié)成一體，以起到加固修復(fù)混凝土構(gòu)件的加固方法，與一般加固方法的碳纖維布相比，可以較大的提高結(jié)構(gòu)的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載，顯著提高構(gòu)件的剛度，減小構(gòu)件變形，有效抑制裂縫的形成開展，能有效的克服普通碳纖維布加固時(shí)存在的問(wèn)題，是碳纖維布對(duì)構(gòu)件由原來(lái)的施加被動(dòng)約束轉(zhuǎn)化為施加主動(dòng)約束，充分發(fā)揮碳纖維布的高強(qiáng)性能。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。預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固混凝土可以充分發(fā)揮碳纖維布的高強(qiáng)性能，預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固的混凝土要比普通碳纖維布加固混凝土的承載力，剛度等性能指標(biāo)都有明顯提高，而且施加預(yù)應(yīng)力越大，提高的效果越明顯。7、粘貼碳纖維板系統(tǒng)在張拉完成后，緊固張拉端螺母，卸掉千斤頂，通過(guò)自反力裝置將壓板頂至梁底，使碳纖維板與梁底緊密貼合，擰緊壓板螺母，完成碳纖維板的粘貼。

碳纖維加固方法的具體區(qū)別是什么？

（1）粘鋼加固

與鋼板結(jié)合被固定到建筑結(jié)構(gòu)與混凝土的表面上形成特殊的粘接部件，這樣整體力一起工作，以改善一種加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力的方法。建筑加固利用碳纖維、粘鋼、高壓灌漿對(duì)建筑進(jìn)行加強(qiáng)加固。此技術(shù)廣泛用于設(shè)計(jì)變更，增加梁、柱、懸挑梁、板等加固和變更工程，是目前建筑結(jié)構(gòu)抗震加固工程上的一種鋼筋后錨固利用結(jié)構(gòu)膠作用的連接技術(shù)。房屋鑒定由專門的機(jī)構(gòu)對(duì)房屋的安全性做出科學(xué)的評(píng)價(jià)，確保居住人的生命財(cái)產(chǎn)安全。植筋加固一項(xiàng)針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)捷、有效的連接與錨固的技術(shù)；可植入普通鋼筋，也可植入螺栓式錨筋；現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于建筑物的加固改造工程。有一部分公路橋梁是中國(guó)20世紀(jì)80年代以前修建的，因其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，普遍存在承載力不足的問(wèn)題。

(2)碳纖維加固

碳纖維加固技術(shù)是一種非常簡(jiǎn)單、優(yōu)良的加固方法。碳纖維增強(qiáng)原理：碳纖維增強(qiáng)的原理是采用碳纖維片材（連續(xù)的高強(qiáng)度或高彈性模量的碳纖維，沿一個(gè)方向成束排列，用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未用樹脂浸漬固化的碳纖維板，統(tǒng)稱碳纖維板，養(yǎng)護(hù)后粘貼在混凝土構(gòu)件表面，用tezhi的膠粘劑或浸漬樹脂加固，樹脂與原組分形成新的應(yīng)力復(fù)合體，共同作用，起到增強(qiáng)作用。突出的力學(xué)性能是碳纖維雙向布替代鋼材成為體育器材制作的優(yōu)良材料。

（3）外包鋼加固法

外包鋼加固法是將型鋼(通常為角鋼)包裹在構(gòu)件的四個(gè)角(或兩個(gè)角)中，以增強(qiáng)構(gòu)件的力學(xué)性能。 在我國(guó)，包鋼加固法也是一種廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)加固方法。 外包鋼加固結(jié)構(gòu)，尤其是框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)區(qū)域Z為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)處理難度大。 該方法施工簡(jiǎn)單，原位施工少，施工可靠。3x105MPa，但是抗折，抗彎強(qiáng)度很差，一彎既折，所以碳纖維布不能彎折。 適用于不允許增加原構(gòu)件尺寸，但要求增加截面承載力的分析框架、腹桿等鋼筋混凝土柱、梁、弦桿的加固。

（4）加大截面加固：

通過(guò)增加截面加固方法，增加混凝土結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的截面面積，以提高承重，滿足加固方法的正常使用。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)和一般結(jié)構(gòu)的梁、板、柱等的加固及應(yīng)用范圍，并具有廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)和一般結(jié)構(gòu)的梁、板、柱等的加固的優(yōu)點(diǎn)。

碳纖維加固的新領(lǐng)域——加固

每一個(gè)歷史都是我們中華民族五千年?duì)N爛文化的載體，我國(guó)的建筑形態(tài)結(jié)構(gòu)各異，但是這些文化的載體卻隨著時(shí)間的流逝和人為破壞一點(diǎn)一點(diǎn)消失在歷史的長(zhǎng)河中，亟待我們?nèi)バ迯?fù)加固。

要想好好針對(duì)建筑進(jìn)行系統(tǒng)的加固修復(fù)就要先了解這些建筑的不同結(jié)構(gòu)。我國(guó)的古建筑發(fā)展主要為木質(zhì)結(jié)構(gòu)以及部分砌體結(jié)構(gòu)為主，因此在進(jìn)行古建筑加固時(shí)，這兩種就是我們面對(duì)的結(jié)構(gòu)形式。歷史建筑的加固都必須遵從保存歷史原貌的原則。

在眾多的房屋加固方法中，碳纖維加固在古建筑加固當(dāng)中占有非常重要的位置，碳纖維材料的抗拉強(qiáng)度和彈性模量要比普通的鋼材高，能夠有效提高建筑物的結(jié)構(gòu)的承載力、剛度與抗震性能，這是碳纖維材料能夠用于古建筑加固的基礎(chǔ)。木質(zhì)結(jié)構(gòu)采用碳纖維材料進(jìn)行加固，還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)起到的防腐作用。碳纖維布與配套使用的環(huán)氧樹脂膠均具有耐腐性，對(duì)于木質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，防腐是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù)，碳纖維布對(duì)木質(zhì)結(jié)構(gòu)既能加固又能使其長(zhǎng)期遠(yuǎn)離腐蝕，可以起到一舉兩得的作用。碳纖維是一種力學(xué)性能十分優(yōu)異的纖維材料，主要體現(xiàn)在其比重不到鋼材的四分之一，拉伸強(qiáng)度在3500Mpa以上。

碳纖維加固的工序簡(jiǎn)易且不用占據(jù)大面積施工地、工期快，能夠有效防止施工時(shí)對(duì)古建筑物的破壞。更重要的是不需要進(jìn)行鉆孔等破壞性大的施工，同時(shí)質(zhì)輕幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重，幾乎貼近“保存現(xiàn)狀”的原則。