1、預(yù)應(yīng)力混凝土空心板粘貼碳纖維加固技術(shù)研究
1.1 試驗(yàn)材料
選用冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，圖集號(hào)：L95G404,板號(hào)為YKBL33-22d，尺寸為3280mm×590mm×120mm，受力主筋為650級(jí)8φLL5冷軋帶肋鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25。其中B1、B2為對(duì)比試驗(yàn)板，未進(jìn)行加固處理；B3～B6底部通長(zhǎng)粘貼日本產(chǎn)FTS-C1-20碳纖維120㎜寬兩道。
試驗(yàn)用FTS-C1-20碳纖維材料性能指標(biāo)：厚度0.111㎜，單位面積重量200g/㎡，密度1.8 g/cm3,拉伸強(qiáng)度3550Mpa，拉伸模量235Gpa，粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)膠選用日本產(chǎn)FR-E3P。
1.2 試驗(yàn)方案
在預(yù)應(yīng)力混凝土空心板跨中混凝土及碳纖維上粘貼電阻應(yīng)變片，按《預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ321-90）對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)。在1.0倍正常使用短期荷載檢驗(yàn)值作用下持荷30min，其余每級(jí)荷載作用下持荷10min。持荷載結(jié)束時(shí)，使用靜態(tài)電阻應(yīng)變采集儀跟蹤記錄混凝土及碳纖維在各級(jí)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況，用百分表量測(cè)空心板在各級(jí)荷載作用下的撓度變化，用讀數(shù)顯微鏡觀測(cè)裂縫寬度并記錄裂縫開(kāi)展情況，所有試驗(yàn)均做到破壞為止。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 空心板試驗(yàn)結(jié)果
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板號(hào) |
開(kāi)裂荷載/KN |
開(kāi)裂彎矩/KN·m |
極限荷載/KN |
極限彎矩/KN·m |
Mu，t/Mu |
加固材料應(yīng)變?chǔ)苔?/P> |
破壞特征 | |
|
試驗(yàn)值Mu，t |
計(jì)算值 Mu | |||||||
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B1 |
11.2 |
5.92 |
24.8 |
11.33 |
10.37 |
1.09 |
- |
主筋拉斷 |
|
B2 |
11.2 |
5.92 |
25.8 |
11.73 |
10.37 |
1.13 |
- |
主筋拉斷 |
|
B3 |
24.6 |
11.25 |
47.0 |
20.15 |
17.15 |
1.17 |
11000 |
主筋、碳纖維均拉斷 |
|
B4 |
21.8 |
10.14 |
42.6 |
18.40 |
17.15 |
1.07 |
9876 |
主筋、碳纖維均拉斷 |
|
B5 |
21.8 |
10.14 |
45.8 |
19.68 |
17.15 |
1.15 |
12000 |
主筋、碳纖維均拉斷 |
|
B6 |
21.8 |
10.69 |
42.6 |
18.40 |
17.15 |
1.07 |
8884 |
主筋、碳纖維均拉斷 |
1.3 試驗(yàn)分析
板底粘貼碳纖維加固正截面抗彎驗(yàn)算，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范抗彎設(shè)計(jì)計(jì)算的基本原理，參照國(guó)內(nèi)外關(guān)碳纖維加固混凝土受彎構(gòu)件正截面抗彎設(shè)計(jì)的試驗(yàn)研究成果，假定：⑴預(yù)制混凝土空心板受彎后，變形規(guī)律符合平截面；⑵忽略混凝土的抗拉強(qiáng)度；⑶在極限狀態(tài)下，碳纖維的應(yīng)力達(dá)到抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度。正截面內(nèi)力平衡方程：
ΣFx=0 Acf%26#402;cf+As%26#402;y=bx%26#402;cm （1）
ΣM=0 Mu=Acf%26#402;cf（h-x/2）+As%26#402;y（ho-x/2） （2）
1.4 試驗(yàn)結(jié)論
⑴采取粘貼碳纖維加固預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，可以有效地提高預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的承載力。
⑵在同樣荷載作用下，粘貼碳纖維加固后可以有效減少預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的撓度。
⑶粘貼碳纖維加固后預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的開(kāi)裂荷載增大。
⑷采取粘貼碳纖維加固預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，基本不影響構(gòu)件的截面高度及自重，對(duì)用戶(hù)空間的凈高度及建筑物的其他結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。
⑸試驗(yàn)中碳纖維最大拉應(yīng)變?yōu)?2000με，建議設(shè)計(jì)時(shí)碳纖維抗拉強(qiáng)度取2000Mpa。
2、工程實(shí)例
2.1 工程概況
某住宅樓采用冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，圖集號(hào)L95G404，板號(hào)YKBL33-22d，尺寸為3280㎜×590㎜×120㎜，受力主筋為650級(jí)8φLL5冷軋帶肋鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，跨中彎矩設(shè)計(jì)值為5.79KN·m。居民入住后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多處空心板跨中附近存在垂直受力主筋的裂縫，裂縫寬度在0.6～1.2㎜范圍，上下貫通，相鄰3塊空心板裂縫并排在一塊的有1處?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ10-89）規(guī)定，冷拔低碳鋼絲或冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在正常使用條件下不允許出現(xiàn)裂縫。裂縫的存在嚴(yán)重影響預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的整體性和承載力，埋下了結(jié)構(gòu)安全隱患，必須進(jìn)行加固處理。
通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裂縫情況分析，上述預(yù)應(yīng)力混凝土空心板裂縫是因吊裝、運(yùn)輸不當(dāng)引起的，在施工安裝前即已出現(xiàn)。
2.2 加固方案確定及計(jì)算分析
按居民要求，對(duì)空心板加固后要保證房間恢復(fù)原狀，不影響原使用功能。時(shí)至冬季，處理速度要快，盡量不影響居民正常生活。為此，選擇灌漿封縫和粘貼碳纖維布的加固處理方案。通過(guò)灌漿封閉裂縫，堵塞有害介質(zhì)腐蝕鋼筋的通路，并將已開(kāi)裂的混凝土粘結(jié)起來(lái)，使空心板成為一個(gè)整體，提高其耐久性，在板底粘貼碳纖維可減少空心板的變形，提高其承載力。
板底粘貼碳纖維加固正截面抗彎驗(yàn)算，本工程計(jì)算不考慮原鋼筋作用。考慮碳纖維布與混凝土粘貼破壞特性，碳纖維布設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度%26#402;cf=2400Mpa。經(jīng)計(jì)算實(shí)配2條100㎜寬碳纖維，并在端部各橫貼1條100㎜寬碳纖維以加強(qiáng)端部錨固。
加固施工圖見(jiàn)圖1。
圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板加固作法
1－空心板圓孔直徑76mm；2－粘貼100mm寬碳纖維布
2.3 施工工序
2.3.1 支撐卸荷
將空心板上下抹灰層剔除，露出空心板頂面和底面。在每塊空心板底設(shè)直徑或邊長(zhǎng)為100㎜的原木或方木支撐2根，支撐上下設(shè)墊塊，用木楔打緊。
2.3.2 封縫灌漿
灌漿封縫工藝如下：⑴在裂縫處粘貼兩個(gè)灌漿嘴、出氣嘴；⑵裂縫外表封閉；⑶按比例配制好灌漿漿液，開(kāi)始?jí)毫酀{；⑷待漿液固化后進(jìn)行下道工序。
2.3.3 粘貼碳纖維
按所選定的碳纖維和粘結(jié)膠的品種、規(guī)格準(zhǔn)備材料后，按下列工序進(jìn)行：基面處理→涂刷底膠→粘貼面修補(bǔ)→粘貼碳纖維→養(yǎng)護(hù)→表面防護(hù)處理。
2.4 荷載試驗(yàn)
加固施工后，選取有代表性的空心板做結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，以試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)加固技術(shù)的可靠性和加固效果。本工程選擇裂縫并排的3塊空心板做試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)上下抹灰層已施工完畢，恒載全部作用到空心板上。按圖集L95G 404規(guī)定，YKBL33-22d空心板活荷載為2.0KN/㎡，試驗(yàn)荷載加至活荷載的1.4倍，檢驗(yàn)加固后的空心板在各級(jí)荷載作用下的變形及卸荷后變形恢復(fù)情況，驗(yàn)證空心板裂縫的加固效果。
試驗(yàn)過(guò)程采用分級(jí)加載，逐級(jí)觀察撓度變化情況和裂縫的開(kāi)展情況。
整個(gè)加荷過(guò)程中，空心板的撓度變化很微小，正常使用短期荷載作用下3塊空心板的實(shí)測(cè)撓度分別為0.09㎜、0.07㎜和0.05㎜，加荷至1.4倍活荷載時(shí)，3塊空心板的最大實(shí)測(cè)撓度分別為0.11㎜、0.08㎜和0.06㎜，被灌漿封閉的裂縫未開(kāi)裂。最后分3級(jí)卸荷，每級(jí)卸荷后持荷10min觀察撓度回彈情況。撓度的回彈量與卸荷量成正比，卸荷完成后觀察，外加荷載使空心板產(chǎn)生的撓度全部回彈。說(shuō)明加固后的空心板在上述荷載作用下，外在彈性工作狀態(tài)，滿足正常使用要求。
3、結(jié)語(yǔ)
粘貼碳纖維加固預(yù)制混凝土空心板具有施工簡(jiǎn)便，不需專(zhuān)門(mén)機(jī)械設(shè)備；施工周期短，不影響居民正常生活；重量輕，不增加結(jié)構(gòu)重量等優(yōu)點(diǎn)。將其結(jié)合灌漿封縫和剔槽埋筋作法，可提高被加固構(gòu)件的抗彎、抗剪性能，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性和耐久性，通過(guò)荷載試驗(yàn)證明加固效果良好。
參考文獻(xiàn)
1 曲文俊等.碳纖維布加固混凝土梁抗彎強(qiáng)度計(jì)算及施工規(guī)程建議.建筑物鑒定與加固改造.汕頭：汕頭大學(xué)出版社，2000
