鋼筋混凝土梁粘碳纖維布加固在工程中的應(yīng)用

文/魏運(yùn)均、韓超 煙建集團(tuán)有限公司 山東煙臺(tái) 264000

1、前言

粘貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁是利用樹(shù)脂類材料把碳纖維布粘貼與結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，形成復(fù)合材料體CFRP，通過(guò)其與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的協(xié)同工作，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。本文以一個(gè)改造加固項(xiàng)目鋼筋混凝土梁粘貼碳纖維布加固算例，對(duì)加固設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行闡述。

2、工程概況

某辦公樓為四層框架混凝土結(jié)構(gòu)，天然地基，獨(dú)立基礎(chǔ)，一層層高為4.5米，二至四層層高3.3米，建筑面積約為2000m2。該辦公樓為新建項(xiàng)目，建筑原外立面為真石漆，現(xiàn)變更為干掛石材。

圖1 一層結(jié)構(gòu)平面圖

3、加固設(shè)計(jì)

3.1 計(jì)算分析

由于該辦公樓為新建項(xiàng)目，且外墻面變更在投入使用前，因此未對(duì)原建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)鑒定。建筑外立面由真石漆變更為干掛石材，建筑結(jié)構(gòu)荷載發(fā)生變化，依據(jù)原建筑結(jié)構(gòu)PKPM計(jì)算模型，施加外墻面實(shí)際荷載，重新進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。通過(guò)軟件計(jì)算結(jié)果與原有建筑結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載力及框架混凝土柱承載力滿足要求，不需要進(jìn)行加固；局部樓層邊框梁底配筋不滿足要求，如果不采取加固措施，對(duì)辦公樓建筑結(jié)構(gòu)安全存在安全隱患。

3.2 加固方案

鋼筋混凝土梁底配筋不足，加固方案為梁底增大截面和梁粘貼碳纖維布加固。

梁底增大截面加固：鑿除保護(hù)層，植筋，綁扎鋼筋，支設(shè)模板，澆筑灌漿料，混凝土養(yǎng)護(hù)，施工周期較長(zhǎng)；梁粘貼碳纖維布加固：梁底、梁側(cè)混凝土表面打磨，粘碳纖維布，碳纖維布表面防護(hù)，施工簡(jiǎn)便，周期短。為了能夠縮短施工周期，同時(shí)縮減工本，鋼筋混凝土梁采用粘貼碳纖維布法加固。

3.3 計(jì)算方法

該辦公樓一層頂樓板結(jié)構(gòu)邊框梁截面寬度b=250mm,截面高度h=600mm,受壓鋼筋合力點(diǎn)至截面近邊緣距離a's=37.50mm,受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面近邊緣距離as=37.50mm,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30,受拉鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=360Mpa,受壓鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f'y=360Mpa,纖維抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ff=2300Mpa,纖維設(shè)計(jì)拉應(yīng)變?chǔ)舊=0.007,受拉鋼筋面積As=1388mm2,受壓鋼筋面積A's=760mm2,設(shè)計(jì)截面位于框架梁梁中,彎矩設(shè)計(jì)值M=324kN·m。加固設(shè)計(jì)主要依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50367-2013，梁按受彎構(gòu)件正截面加固計(jì)算如下：

經(jīng)計(jì)算可知，鋼筋混凝土梁底粘貼碳纖維布加固采用Ⅰ級(jí)碳纖維布2道，單層厚度為0.167mm，滿足梁承載力要求。

4、加固施工

4.1 施工選材

碳纖維布復(fù)合材：碳纖維布選用高強(qiáng)Ⅰ級(jí)單位面積質(zhì)量300g/m2，單層設(shè)計(jì)厚度為0.167mm。結(jié)構(gòu)加固用膠粘劑（粘貼用膠）采用A級(jí)結(jié)構(gòu)膠，其性能應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB50728-2011第4.2.2條的規(guī)定。

4.2 施工技術(shù)要求

粘貼碳纖維布加固實(shí)施操作按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50367-2013、《混凝土結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造》13G311-1、《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50550-2010 規(guī)定進(jìn)行。梁粘貼碳纖維布加固施工過(guò)程中需要注意以下幾個(gè)方面：

1）施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹(shù)脂要求的施工使用溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)采用適用于低溫環(huán)境的配套樹(shù)脂或采用升溫措施。

2）對(duì)混凝土構(gòu)件，可用硬毛刷粘高效洗滌劑，刷除表面油垢污物后用冷水沖洗，再對(duì)粘合面進(jìn)行打磨，除去2～3mm厚表層,直至完全露出新面。并用無(wú)油壓縮空氣吹除粉粒。待完全干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面即可。

3）轉(zhuǎn)角粘貼處進(jìn)行倒角處理,并打磨成圓弧狀,柱圓化半徑不小于25mm.梁圓化半徑不小于20mm。

4）配置粘浸膠

粘浸膠為A、B兩組份，A、B兩組份在包裝桶內(nèi)用分別攪拌均勻，然后取潔凈容器和稱量設(shè)備按說(shuō)明書(shū)配合比混合，用攪拌器攪拌至色澤均勻?yàn)橹梗瑪嚢钑r(shí)沿同一方向攪拌，避免混入空氣形成氣泡，每次配置量以小于3kg為宜。

5）裁剪并粘貼碳纖維布

按加固構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量尺寸裁剪碳纖維布。將配置好的粘浸膠均勻涂抹于混凝土粘貼面部位和碳纖維布上，拐角部位適當(dāng)多涂抹一些。將裁剪好的碳纖維布拉緊對(duì)齊后用手輕壓于需粘貼的位置，采用專用的刮板、滾筒沿同一方向多次滾壓，排除氣泡，直至膠料滲出，充分浸透碳纖維布，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。待手指觸感干燥，即可盡快進(jìn)行下層粘貼，并在最后一層碳纖維布表面均勻涂抹粘浸膠保護(hù)。

6）若長(zhǎng)度不夠，碳纖維布可進(jìn)行搭接，搭接長(zhǎng)度不得小于200mm，當(dāng)采用多層碳纖維布加固，各條或各層之間的搭接位置宜相互錯(cuò)開(kāi)。

7）應(yīng)根據(jù)《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50016）規(guī)定的耐火等級(jí)及耐火極限要求，對(duì)碳纖維布構(gòu)件表面進(jìn)行防護(hù)。碳纖維布粘貼后需涂刷樹(shù)脂進(jìn)行表面防護(hù)，材料采用高強(qiáng)水泥砂漿抹面20mm厚。

結(jié)語(yǔ)：

1）粘貼碳纖維布加固混凝土構(gòu)件，施工簡(jiǎn)便，周期短，能夠有效降低加固造價(jià)。

2）梁底粘貼多層碳纖維時(shí)，為防止碳纖維布剝離破壞，采用碳纖維布分層截?cái)啵瑑?nèi)短外長(zhǎng)的布置方式，外加U型箍，增加碳纖維布與混凝土的接觸面積，加強(qiáng)碳纖維布端部的抗剝離能力，提高混凝土構(gòu)件的承載能力。

[1]GB50367-2013.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[2]璩家平，璩繼立，付春蘭.碳纖維布在加固混凝土框架梁中的應(yīng)用[J].工程抗震與加固改造，2010,32（3）.