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碳布與粘鋼加固能否互換?

發布日期:2019年06月09日    瀏覽次數:1673

隨著經濟的飛速發展、人們對生活品質要求的不斷提高,結構加固的重要性日益凸顯而出。近年來,我國結構加固行業受到了高度的重視,新型加固技術與加固材料也在不斷涌現。


碳纖維布加固與粘鋼加固,是如今加固技術中最受矚目的兩種方法,二者在諸多方面都有相似之處,那么在實際的應用之中,能否互相替換呢?


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碳布與粘鋼相似之處


碳布與粘鋼的相似之處,可以從適用范圍上說起。碳布與粘鋼同樣可用于受彎構件、大偏心受壓構件與受拉構件,例如在梁底粘貼碳布或者鋼板,均可提高結構承載力,達到加固補強的目的。另外,從原理上來看,碳布與粘鋼都是利用結構膠將碳布或鋼板粘貼至混凝土基材上,令加固材料與基材形成整體共同受力。



從施工流程看,碳布與粘鋼也十分相似。兩種方法都受結構膠影響較大,若結構膠質量不合格,加固材料會與基材剝離,產生安全隱患甚至造成事故。同時兩種方法加固前均需要卸載,未進行卸載或卸載不徹底都會產生二次受力,造成加固材料受力滯后。除此之外包括表面處理、施工溫度等都有高度的重合。


事實上,碳纖維布與鋼板在結構加固中起到的作用,可以等同為增加鋼筋混凝土結構中的配筋率。因此,在一定程度上,碳纖維布加固與粘鋼加固可以相互替換。按照規范中要求的設計值,我們可以進行簡單的對比,規范中I級300g碳布重要構件的設計值為1600MPa,Q235鋼板的設計強度取215MPa,也就是說,在材料寬幅相同的情況下,可以大體認為厚度1mm碳纖維布與厚度8mm鋼板加固效果相似。


碳布的優勢


如果將碳纖維布抗拉強度設計值取為2000MPa,鋼材(Q235)抗拉強度設計值取為200MPa,可按照0.1mm厚碳纖維布則可相當于1mm厚鋼板。


此外,碳纖維輕、薄,不需要大型施工機械,運輸儲存、施工簡便,同樣工程量,粘貼碳纖維施工工期約是粘鋼的40%。碳纖維和鋼材相比,屬惰性材料,不銹蝕,也不易被有害介質腐蝕,在惡劣環境下耐久性好。


碳纖維還具有柔韌性,能夠包裹復雜外形的構件,并非很光滑的結構建筑的鋼筋表面基本有效粘貼率也可以達到100%,粘貼鋼板一般來說有效粘貼面能達到70%-80%左右。



粘鋼的優勢


如果僅憑借上面的結果,就認為碳布加固效果遠高于粘鋼,那就大錯特錯了。強度等級不同的碳纖維布厚度也不相同,加固中采用的I級300g碳布也不過0.167mm。雖然碳纖維布加固中存在多層加固的情形,但最多不允許超過四層,且從第二層起加固效果就會發生折減,與5mm厚鋼板的加固效果相比還是存在差距的。


碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,但碳纖維的抗拉強度是鋼材的10倍左右,所以要充分發揮加固材料的強度,粘貼碳纖維需要加固構件產生更大的形變。也就是說,在小變形情況下,粘貼碳纖維加固應力滯后顯著,所以當構件承載力相差較多時,應優先選用粘鋼加固。



碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,達到同樣的力值,鋼材截面要大的多,所以粘鋼加固提高構件鋼度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說,若補充同樣的抗彎能力,粘鋼加固的撓度變化小于碳纖維加固。


鋼板上可以焊接錨筋,也可鉆孔設植筋錨固,所以粘鋼加固的錨固方式較粘碳纖維靈活。



上述對比情況是出于理想的角度,若想實際替換,則還需要進行詳細的計算求證。碳布與粘鋼的替換還有很多需要考慮的事宜,二者彈性模量相近,抗拉強度卻相差較高,因此若要充分發揮碳纖維強度,就需要原有結構能夠產生較大的變形。因此,當原結構卸載不明顯或結構變形較小時,粘鋼加固要明顯優于碳纖維加固。


碳布與粘鋼,適用環境也不完全形同。碳纖維布除了具有較高的強度之外,耐磨耐腐蝕也是其優點之一。從材料自身角度看,碳纖維布不會銹蝕,對于長期處于惡劣環境下的混凝土結構,將是更好的選擇。另外,同規模的加固工程,粘鋼施工的造價,可能會達到碳布加固的2-3倍,需要引起注意。

 

總結


在加固工程之中,單采用一種加固工法就將問題完全解決,少之又少,換言之,任何加固工法都會有自己的使用局限,我們就需要掌握每種加固工法的優勢,將每種加固工法的優勢充分發揮出來。加固設計、方案的改動,要經由專業人士設計、審核與最終確定,切莫隨意而為,忽視結構生命安全。



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