3.2.1加固斷面的特性及加固構(gòu)件撓度的理論計(jì)算分析
以簡支梁為例:加固前其斷面為bh,斷面慣性矩I=bh3/12,彈性模量E=2.1×105MPa,假定加固以后bh不變。因此,其斷面積A、慣性矩未變,彈性模量兩者相近,也可視為不變。對于簡支梁來說,其計(jì)算撓度值不會(huì)變。因此,構(gòu)件的撓度(剛度)不變,則其抗裂(變形)能力不會(huì)提高,混凝土斷面上出現(xiàn)的裂縫只是表面被蒙了碳素纖維布罷了。
3.2.2加固斷面的內(nèi)力分析法
基于前文提及的“平面理論”和“平衡破壞理論”的基礎(chǔ)上,那么構(gòu)件加固后,在不出現(xiàn)破壞以前,斷面上各個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系均保持線性關(guān)系。無論是碳素纖維布儲備多大的抗拉能力,它并不能對混凝土的抗壓、抗剪能力提供任何幫助,而存在各種先天不足的混凝土隨時(shí)都有可能出現(xiàn)壓剪破壞的危險(xiǎn)。在這種危險(xiǎn)出現(xiàn)以前,梁的撓度不會(huì)變,碳素纖維板布的“卓越”性能得不到發(fā)揮。只有壓剪破壞出現(xiàn)以后,裂縫出現(xiàn)撓度加大才能發(fā)揮作用,限制和約束裂縫出現(xiàn)撓度的繼續(xù)擴(kuò)大與發(fā)展。因此,碳素纖維布加固的實(shí)際功能只是一種消極的事后“保安”措施,而不是一種積極的事先“防衛(wèi)”工作,其作用也不能估計(jì)太高。
3.2.3加固后的受力分析
以簡支梁為例,受到荷載后,其彎矩、剪力與變們圖形很規(guī)則、很明確。以梁底中分線上的O點(diǎn)作為基點(diǎn)來分析,其水平變位量在中分點(diǎn)O是零位,并逐漸向兩端聚集,到支座處水平變位發(fā)展為最大,并從這里逐漸向兩端支座處衰減至零變位。因此,粘貼面所產(chǎn)生的水平剪力應(yīng)在梁底中分線以上為零,并向兩端聚集到最大;粘貼面所產(chǎn)生的正應(yīng)力,在支座附近為零,并向中分線的不動(dòng)點(diǎn)上發(fā)展為最以大值。
筆者認(rèn)為,加固后的水平剪切剝離點(diǎn)出現(xiàn)在尾端而正應(yīng)力拉脫剝離點(diǎn)則出現(xiàn)在梁底跨中附近,是必然現(xiàn)象,而不是奇異現(xiàn)象。由于加固對象混凝土的質(zhì)量不均勻、病灶分布無規(guī)律,哪里薄弱,就從那里突破。
3.2.4加固構(gòu)件的溫度應(yīng)力分析
理論分析和現(xiàn)場調(diào)查表明,絕大部分新建工程由于出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫隙而必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固,其原因主要是以溫度為應(yīng)力為導(dǎo)火線。如建筑中的框架結(jié)構(gòu)、高層剪力墻結(jié)構(gòu)以及橋梁中的大跨度預(yù)應(yīng)力箱形連續(xù)梁結(jié)構(gòu),近年來的結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機(jī)率非常高,非常嚴(yán)重。在加固方案選擇時(shí),總是首選碳素纖維布加固方案。但經(jīng)研究認(rèn)為,用粘貼碳素纖維布的加固方法來抑制溫度應(yīng)力、抵抗溫度裂縫的選擇是值得探討的。
碳素纖維布與鋼筋混凝土有著相差懸殊的線膨脹系數(shù),碳素纖維布是熱縮冷脹,鋼筋混凝土是熱脹冷縮,兩者的變形不協(xié)調(diào),即使碳素纖維經(jīng)過樹脂浸漬改善,但其線膨脹系數(shù)與鋼筋混凝土膨脹系數(shù)相差20倍左右,因此,在降溫的條件下,混凝土內(nèi)受的是拉力,而碳素纖維布受的是壓應(yīng)力。混凝土構(gòu)件由于受端約束或自由約束降溫時(shí)構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生冷縮應(yīng)力(冷脹力)的作用,會(huì)使構(gòu)件界面上受到冷縮張拉應(yīng)力復(fù)雜化。但對于薄薄的碳素纖維布來說,受到冷脹擠壓應(yīng)力則等于是解除了武裝,會(huì)喪失其強(qiáng)大的抗拉優(yōu)勢,不能發(fā)揮其加固效果。因此,選擇粘貼碳素纖維布的工藝來抑制溫度應(yīng)力以加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件是不適當(dāng)?shù)摹?br />
4、粘貼碳素纖維布加固工藝的適用范圍
經(jīng)過上述分析,筆者認(rèn)為,用碳素纖維布來加加固壓彎構(gòu)件(梁、板),其可靠度不高,也不經(jīng)濟(jì),但是因碳素纖維布具有極高的抗拉強(qiáng)度和極低的延伸率,若用其對受壓構(gòu)件如框架柱進(jìn)行斷面全封閉、全約束,則可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢,大幅度提高構(gòu)件的受壓能力。粘貼碳素纖維布是冷作業(yè),具有操作簡單的特點(diǎn),用來加固或修補(bǔ)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的局部外傷,可以取得很好的效果。但在使用過程中,要針對加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn)來合理進(jìn)行選用,若選用不當(dāng),可能會(huì)給加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件帶來災(zāi)難性的毀滅;使用得當(dāng)則會(huì)充分發(fā)揮碳素纖維布高強(qiáng)、輕質(zhì)的特點(diǎn),獲得成功加固的結(jié)果。
5、結(jié)束語
綜合上述論點(diǎn),筆者認(rèn)為碳素纖維布粘貼加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件有以下幾點(diǎn)結(jié)論:
(1)用于梁板的加固,并沒有完全起到“內(nèi)防外治”的作用,加固不當(dāng)或留有隱患會(huì)脆性破壞,加固后果勘憂。
(2) 碳素纖維布對曲面殼體結(jié)構(gòu)和柱身加固是恰到好處。
(3)采用碳素纖維布加固技術(shù),出現(xiàn)粘結(jié)面剝離現(xiàn)象不是異常而是正常現(xiàn)象,應(yīng)根據(jù)變形的協(xié)調(diào)原理而不是根據(jù)力學(xué)平衡理論來研究粘貼碳素纖維布的破壞機(jī)理。
(4)碳素纖維布加固技術(shù)用于梁、板加固時(shí),應(yīng)以先進(jìn)行混凝土缺陷檢測與強(qiáng)化、然后再開始進(jìn)行碳素纖維布加固為宜。
(5) 從經(jīng)濟(jì)的角度考慮,不宜多采用粘碳素纖維布加固技術(shù)。
參考文獻(xiàn):
[1]謝征勛、謝敏著《工程事故與安全.結(jié)構(gòu)加固技術(shù)》,中國水利水電出版社。
[2]《混凝土結(jié)構(gòu)加固規(guī)范》(CECS25:90)
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