碳纖維材料在某住宅陽臺加固中的應用

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【摘要】針對住宅中懸挑陽臺板鋼筋保護層超標引起的抗彎剛度不足現(xiàn)象，從加固處理方案設(shè)計、碳纖維修復材料應用方面進行分析，提出應用方案。結(jié)果表明，碳纖維修復補強工藝施工簡便，達到了結(jié)構(gòu)補強及改善受力性能的目的。 

【關(guān)鍵詞】陽臺板；鋼筋保護層超標；抗彎強度不足；加固設(shè)計  工程概況  某住宅小區(qū)一棟號樓在一次在建工程建筑質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)，三層至四層部分陽臺出現(xiàn)板頂裂縫。經(jīng)現(xiàn)場勘驗、查驗設(shè)計圖及施工過程等多方信息，認為突出的問題是陽臺鋼筋保護層超標引起的抗彎剛度不足現(xiàn)象，隨即要求施工方對保護層厚度超過規(guī)范要求的陽臺，采取加固措施。  2．碳纖維加固方案設(shè)計  陽臺板結(jié)構(gòu)為單臂懸挑板，懸挑長度l=1200mm，懸挑板上側(cè)四周為薄板圍墻?？紤]到住宅工程的陽臺空間有限和加固后對使用效果影響最小，最終制定了采用外貼cfrp（碳纖維布材料）加固方法進行加固碳纖維加固方案。這種加固方法具有自重輕，強度高，能靈活運用于抗彎和抗剪加固而不改變室內(nèi)空間使用，同時具有良好的抗震、抗磨蝕性能。其具體的設(shè)計與施工技術(shù)方案如下：  2.1 加固前的設(shè)計最大彎矩計算  根據(jù)建筑規(guī)范，計算中荷載設(shè)計荷載取值分別為：面荷載=4.34kn/m2;線荷載=2.35kn/m;活荷載=2.0kn/m2。計算簡圖如圖1所示.    其中: p1與p1為陽臺板側(cè)邊的圍墻荷載；q為陽臺板自身面荷載，計算值分別為：  p1=0.5*2*2.35*1.2=2.82kn  p2=0.5*2.35*3.0=3.53kn  q=4.34*3.0+2.0=15.02kn/m  則加固后的設(shè)計最大彎矩應為：  m0=0.5ql2+p1l1+p2l2  =0.5*15.02*1.22+2.82*0.6+3.53*1.2  =16.75kn.m  2.2 cfrp加固法抗彎設(shè)計校核  取陽臺板中部最不利位置(即懸挑板根部)的單位寬度板進行計算,同時考慮原受力鋼筋的作用。選用0.16mm×300mm 型cfrp（碳纖維布），板頂粘貼3條長為1770mm的單層碳纖維布,并用2條長為3000mm橫向纖維布進行錨固，使得加固的抗彎應力可以均勻地分布在陽臺板上，同時在建筑外墻內(nèi)側(cè)貼一條長為3000mm橫向錨固纖維布，進一步提高錨固性能，如圖2所示。  根據(jù)建筑規(guī)范，首先計算相對受壓區(qū)高度x，  x=(fyay+ffaf)/fcmb  =(310*2512+3500*48)/11*1000=86.07mm  其中各參數(shù)取值分別為：fcm=11/mm2; b=1000mm; fy=310n/mm2; ff=3500n/mm2; as=15mm; h0=120-15=105mm;  則采用碳纖維布加固后的彎矩為，  m=(fyay +0.85* ffaf)(h0-0.5x)  =(310*2512+0.85*3500*48)(105-0.5*86.07)  =17.45kn.m >m0=16.75kn.m  滿足設(shè)計要求。  3. 施工方案  外貼cfrp加固砼結(jié)構(gòu)的施工流程為：  基處面理→基面清洗→涂刷底膠→粘貼面修補→粘貼cfrp→養(yǎng)護→外表防護處理。  在加固施工中嚴格按照相關(guān)施工規(guī)范執(zhí)行，具體做法如下：  1)砂輪認真清除和打磨基面，裂縫用環(huán)氧樹脂修補；  2)基面清洗，充分干燥后再進行下一道工序；  3)涂刷底膠，待底膠指觸干燥后，進入第二道工序；  4)粘貼面修補，對粘貼面上的凹入部位，用環(huán)氧膩子修補，待其干燥后，進入第二道工序；  5)粘貼cfrp，使用fr-e3p結(jié)構(gòu)膠粘貼，cfrp的下料長度，應在現(xiàn)場根據(jù)施工經(jīng)驗和作業(yè)空間確定；  6)養(yǎng)護，cfrp粘貼后，用聚乙烯板的進行養(yǎng)護；  7)外表防護處理，在表面涂抹砂漿進行防護。  4.結(jié)論  碳纖維片的重量輕、強度高、隨形性好，能適應各種復雜結(jié)構(gòu)外形的修復補強，對結(jié)構(gòu)重量的影響甚微；碳纖維修復補強工藝施工簡便迅速，無需任何夾具、模板和支撐，雖然碳纖維本身的價格高于其他材料，但施工費用大大降低。它免除了鋼板補強、混凝土補強等傳統(tǒng)方法所需的植筋錨固、裝拆夾具、立模、支撐、灌注混凝土、養(yǎng)護、拆模等繁雜的工序和輔助設(shè)施，而且占用空間小，即使在高空作業(yè)，也只需設(shè)置簡易工作平臺即可。因此，用碳纖維片修復補強混凝土結(jié)構(gòu)的綜合造價將低干傳統(tǒng)的補強方法，經(jīng)濟效益視具體工程情況而定，越是復雜結(jié)構(gòu)其效益將愈明顯。另外，碳纖維片補強有非常良好的抗腐蝕性能和耐久性，不需作任何防腐處理，而粘鋼加固則需做定期防銹、防腐處理。因此，碳纖維片修復補強技術(shù)具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟效益。  由于碳纖維片修復補強的施工簡便迅速、施工周期短、占用空間小，使施工對周圍的影響降低到最低限度。例如：城市橋梁、大型公用設(shè)施、工業(yè)與民用建筑的維修，為了減少施工帶來的損失，必要時在一定條件下還可在交通設(shè)施正常運營、工廠正常生產(chǎn)的情況下進行作業(yè)，因此有一定的社會效益。對受意外災害，特別是地震災害引發(fā)的房屋、橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)物的震損，用碳纖維片快速修復，使城鎮(zhèn)人民的生產(chǎn)、生活盡快恢復正常，則其社會效益和環(huán)境效益都將是巨大的。  自采用碳纖維布對本工程抗彎性能不足的混凝土陽臺板進行了加固設(shè)計與施工以來，該小區(qū)相關(guān)陽臺未再出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，一致使用至今。  參考文獻:  【1】郝玉峰,馬晨光碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝工程質(zhì)量 2001.no.8  【2】張自榮,張素梅,李允陽 碳纖維加固鋼筋混凝土梁杭彎性能試驗研究 長春工程學院學報（自然科學版）2001年第2卷第4期  【3】田水，朱墩．纖維增強塑料（frp）在結(jié)構(gòu)加固工程中的應用．建筑結(jié)構(gòu)，2000,30(3) :40-43  【4】岳清瑞，陳小兵，牢宏遠．碳纖維材料（cfr）加固修補混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù).工業(yè)建筑，1998，28（11）：l－5.  【5】萬穎 碳纖維布用丁鋼筋混凝十梁抗彎加固 建筑研究與應用 2001.3  【6】中華人民共和國國家標準，工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準（gbj50153—92），北京：中國計劃出版社，1992