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碳纤维布材料由于具有很高的抗拉强度,可以用于混凝土构件的抗弯加固。碳纤维布用于抗弯加固时,纤维粘贴方向应平行于构件的主受力方向,另外,计算加固结构的抗弯承载力时,也应考虑对碳纤维布极限强度的折减。下面以工程实例说明碳纤维布抗弯加固方法。

2.1工程概况

某现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构,原楼板厚120㎜,现拟在其上增加一大型鱼缸。

重3.6t,鱼缸底座尺寸4.6m×1.2m(图2)。由于新增荷载较大,须对原结构进行加固。

2.2内力分析

如图2所示,鱼缸合力作用点离剪力墙轴线1.4m。内力计算采用有限元法,将楼板按1m宽板带划分为若干单元。原结构荷载中,恒载考虑板的自重,装修层按水磨石地面考虑,活载标准值取2.5KN/㎡。剪力墙部位对板带的约束按固定支座考虑,柱对梁的约束亦按固定支座考虑,梁板节点按刚接计算。主要内力计算结果说明如下。

⑴在鱼缸作用下,板的弹性挠度为0.9㎝左右,满足正常使用要求,但前提是板的抗弯能力能够抵抗新增的荷载。

⑵放置鱼缸部位的楼板在剪力墙部位新增的负弯矩为4.6KN·m,在板跨中部位新增的正弯矩为1.8KN·m,而原结构所能抵抗的弯矩基本与原荷载持平。板的抗剪能力也足以承担新增荷载。

⑶梁L10在与梁ZL3相交的部位,其负弯矩也超出抗弯能力5.2KN·m,梁L10的跨中正弯矩超出4.5KN·m。

根据上述计算结果,原结构在鱼缸作用下抗弯能力不足,可采用碳纤维布结合粘钢加固。

2.3加固方案

首先,楼板负弯矩区在剪力墙部位需要加固,由于碳纤维布不易锚固,故采用粘钢板加固法,本文不予详述。对于楼板正弯矩区,可采用粘贴碳纤维布布的方法加固。研究表明,一方面,当加固碳纤维布布用量较大时,在楼板承载力极限状态所能达到的强度较低,无法充分发挥其强度;另一方面,若减少碳纤维布材料用量,其在承载力极限状态可达到较高的应力,但由于碳纤维布弹性模量与钢材接近,在正常使用极限状态下板就可能由于挠度过大而破坏。另外,碳纤维布材料易发生脆性破坏,强度也应按保守取值。加固板的抗弯承载力按平衡条件计算,根据文献[5],碳纤维布材料的极限拉应力取为极限强度的一半。

根据计算结果,拟沿短跨方向粘贴双层200㎜宽纤维布,每两块纤维布间净距也为200㎜,加固方案见图3。

3、碳纤维布加固方法的适用性