碳纤维砌体方面应用

砌体结构是我国应用广泛的结构类型之一。由于砌体结构材料的脆性特性,砌体墙容易开裂。地震震害调查表明,砌体结构的抗震性能较差,在地震中容易产生严重的破坏。有些重要砌体结构破坏严重,如古建筑等,仍然需要加固修复,这对砌体结构的加固提出了新的要求。

由于碳纤维布具有强度高、质量轻、厚度小的特点,为严重破坏墙体的加固提供了一种可能方法。为研究碳纤维布加固严重破坏砌体墙的有效性,并为该技术在实际工程中的应用提供技术支持,本文进行了以下两方面工作:

1 碳纤维布加固严重破坏砌体墙的试验研究，开展了4片严重破坏墙体的碳纤维布加固试验,其中开洞墙片和未开洞墙各2片。根据墙体破坏情况,分别采用了碳纤维布“X”型、“#”型和“X#”混合型布置方法,试验研究了试件在恒定竖向轴压力和水平低周反复荷载作用下的试验性能;重点考查了加固后墙体的破坏形态和破坏特征;对比分析了原墙(破坏前)墙体的承载力、延性和耗能能力等性能。试验研究表明:1)采用粘贴碳纤维布加固严重破坏墙体的方法是可行且有效的;加固后墙体的抗剪承载力、变形性能都较原墙墙体有明显提高;虽然不能提高加固后的墙片的开裂强度,但能很好地约束裂缝的发展。

2 碳纤维布布置方法不同,对墙体的约束效果不同,应根据墙体破坏情况采取不同的布置。对于“X”型布置,碳纤维布的作用相当于桁架模型中的腹拉杆;对于“#”型布置,碳纤维布的作用相当于柱的箍筋;对于采用“X#”型布置,横向的碳纤维布作用相当于柱的箍筋,而交叉碳纤维布的作用可则相当于桁架模型中的腹拉杆。

3 碳纤维布的破坏通常是由于被压鼓而造成其与墙体剥落或者因基材(砌体墙)的水平裂缝将碳纤维剪断,破坏时其应变远小于其极限抗拉应变,因此碳纤维布加固严重破坏墙体时无须使用高强度的碳纤维布,但可以考虑高弹性模量的碳纤维布。

碳纤维布加固严重破坏墙体的抗剪承载力，先注结构胶(修补裂缝)后粘贴碳纤维布加固严重破坏砌体墙抗剪承载力的计算,及因注结构胶灌缝而使严重破坏墙抗剪承载力的提高系数。计算简图和承载力提高系数可用于预估碳纤维布加固严重破坏墙体的抗剪承载力。

采用碳纤维加固砌体结构提高结构抗震性能的方法和结构；

一：确定加固改造的部位，对砌体表面进行预处理；

二：在砌体表面涂刷粘结剂；

三：在砌体的表面呈网格状双面对称粘贴碳纤维布带；

四：钻通孔；

五：碳纤维销钉穿过通孔，通孔中注胶，碳纤维销钉与砌体粘接在一起；

六：碳纤维销钉露出砌体的两端呈条片状散开，且呈花瓣形分别与砌体两面的碳纤维布带拉结粘贴固定；

七：在上述条片粘贴固定的区域再加贴一块涂胶碳纤维布。解决砌体两面的碳纤维布带缺乏有机联系、不能保障碳纤维布带与砌体结构协同工作的技术问题。

采用该方法能够有效增强砌体结构的整体抗震性能，同时该方法还具有施工简便、工期短、不占有原有空间、不增加结构及地基载荷、投资少的优点。

碳纤维布在砖砌体结构中的应用,除了防治及修补开裂墙体之外,另一个用途就是利用碳纤维布的高强的力学性能来提高砖砌体结构的抗震性能。碳纤维布加固砌体结构，从应用碳纤维布加固带构造柱无窗洞砌体结构已作过的试验结果表明,该加固技术能有效提高砌体结构的抗剪承载力。对碳纤维布加固带窗洞砌体结构进行了试验研究表明,加固后试件的抗震性能明显改善,在工程中有广阔的推广应用前景。

1根据碳纤维布进行抗震加固的新建8层砌体房屋的实体墙长、宽各缩小1/2。构造柱、圈梁的截面及配筋相应缩小1/2。墙体施加正应力值取为0.5 MPa。

2碳纤维布加固示意图本试验中材料与该砌体房屋一致,砌块采用蒸压加气混凝土小型砌块,砂浆为水泥砂浆。底梁、圈梁及构造柱混凝土设计强度等级为C20。砌筑时采用分层轮流砌筑的施工方法,以尽量减小施工因素及砂浆强。

工程领域已普遍采用纤维增强复合材料对结构构件进行加固修复和翻新。该加固技术是将碳素纤维应用于土木工程,利用树脂类黏结材料把碳纤维粘贴于结构或构件表面,形成复合材料体,通过与结构或构件的协同工作,达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。

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