在實際加固工程中，因設(shè)計失誤、施工不當或使用功能改變等，造成的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能滿足現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的正常設(shè)計使用要求，要使其結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能夠繼續(xù)安全、正常的使用，則必須采取一定的措施進行補強修復。
碳纖維CFRP是整個土木工程界使用最為廣泛且熱門的加固材料，該項加固技術(shù)興起于20世紀80年代，于90年代后期在我國迅速發(fā)展起來，國內(nèi)外很多科研單位和高校就碳纖維CFRP加固混凝土構(gòu)件這項新技術(shù)進行了大量的研究。隨著試驗研究的深入，該加固技術(shù)的適用范圍不斷擴大，應(yīng)用技術(shù)不斷改進。
碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱的試驗研究相對較少，但試驗研究結(jié)果表明碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱具有施工簡單、抗腐蝕能力強、約束效果好、基本不需要維修保養(yǎng)等特點，下面就該加固技術(shù)進行簡要介紹。
1、鋼筋混凝土柱CFRP加固機理分析
1.1、碳纖維CFRP材料
碳纖維CFRP一般是直徑為5μm～20μm的連續(xù)纖維，基材由樹脂和固化劑組成，用樹脂（內(nèi)加固化劑）浸潤碳纖維，待樹脂固化后便形成了碳纖維增強塑料（簡稱CFRP）。其特性：密度小，為普通鋼材的1/6；強度高，抗拉強度約為普通鋼筋的4～6倍；抗腐蝕性能好，強度不受酸堿腐蝕介質(zhì)的影響；非磁性，不影響電磁信號的傳播；抗疲勞性能優(yōu)良，疲勞壽命普遍高于鋼材；溫變系數(shù)和混凝土相當；彈性模量和鋼材相近；極限延伸率1%.
1.2、鋼筋混凝土柱CFRP加固原理
鋼筋混凝土柱在承受軸向壓力時，構(gòu)件是由于受到極限值非常小的橫向擴張引起的，如能在構(gòu)件四周創(chuàng)造橫向約束，以阻止受壓構(gòu)件的這種橫向擴張，從而提高構(gòu)件抗壓承載力和變形能力。
碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱就是在柱混凝土和CFRP增強帶之間產(chǎn)生約束作用，（它們之間的相互作用力稱為界面約束應(yīng)力）受橫向界面約束應(yīng)力的作用，塑性區(qū)的核心混凝土處于三向應(yīng)力狀態(tài)，與單向受力狀態(tài)相比，混凝土的極限壓應(yīng)變和承載力會提高，在柱彎曲承載力沒有明顯下降的情況下，并不考慮失穩(wěn)的影響，加固后鋼筋混凝土柱具有較大的延性變形與耗能能力。
1.3、鋼筋混凝土柱在CFRP包裹作用下的應(yīng)力分布情況
1.3.1、由于CFRP對鋼筋混凝土柱的橫向約束后使CFRP形成軸向拉伸應(yīng)力，而CFRP的抗彎能力極弱（一般不考慮），矩形柱在CFRP包裹約束下其最終極限軸向抗壓強度相對圓柱而言大大降低，主要由于側(cè)向約束應(yīng)力不均勻。矩形柱邊中央側(cè)向約束弱，拐角處側(cè)向應(yīng)力集中約束較大，柱邊只有在發(fā)生側(cè)向塑性變形時CFRP對鋼筋混凝土柱的橫向約束應(yīng)力才能極速增長。
1.3.2、由于CFRP對鋼筋混凝土柱的約束為界面約束，只有當混凝土向外橫向擴張時（產(chǎn)生塑性變形）CFRP方能對混凝土產(chǎn)生約束應(yīng)力，因此柱環(huán)向外包CFRP在承受荷載時表現(xiàn)出兩階段的受力過程：第一階段，混凝土軸向壓應(yīng)力較小，橫向變形較小，CFRP受力較��；第二階段，隨著荷載的增加，柱混凝土變形增大，CFRP環(huán)向應(yīng)力顯著增長，環(huán)向約束力迅速增加，直到當CFRP達到其極限拉伸應(yīng)變時發(fā)生斷裂。
1.3.3、約束混凝土與無約束混凝土應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系 |
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