文章來(lái)源：小Q 發(fā)布日期：2018/9/25
1.受彎構(gòu)件修復(fù)
對(duì)鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的修復(fù)通常是將碳纖維片材直接粘貼在受拉翼緣底部，受彎構(gòu)件受力時(shí)碳纖維與受拉翼緣共同承受拉力，提高梁的承載力。碳纖維適用于各種形式的鋼梁加固，包括工字型截面鋼梁、矩形截面鋼梁、鋼板梁、鋼-混凝土組合梁。試驗(yàn)表明，采用碳纖維加固后，梁抗彎承載能力都有所提高，提高的程度與粘貼的纖維量、纖維的彈性模量、鋼材的彈性模量、鋼材的屈服強(qiáng)度等因素有關(guān)。碳纖維強(qiáng)度雖然高，但彈性模量與鋼材相近，當(dāng)整體結(jié)構(gòu)達(dá)到屈服荷載時(shí)，碳纖維材料的強(qiáng)度只有200MPa左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到碳纖維可利用的強(qiáng)度，其高強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)在加固鋼結(jié)構(gòu)中未能充分發(fā)揮作用。 而對(duì)于損傷鋼梁，粘貼碳纖維加固修復(fù)不僅能恢復(fù)其損失的剛度、承載能力和改善其疲勞性能，還能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)形成保護(hù)，起到加固和防腐的雙重效果。在粘貼碳纖維時(shí)，將碳纖維粘貼到損傷部位的表面，使一部分荷載通過膠層傳遞到碳纖維上，可以降低鋼結(jié)構(gòu)損傷部位的名義應(yīng)力，使裂紋擴(kuò)展速率降低或制止裂紋的擴(kuò)展，從而延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。研究表明，存在損傷問題的鋼梁用高彈性模量的碳纖維板加固后，剛度基本能恢復(fù)到未損傷情況下鋼梁剛度的9O%以上，極限承載力的提高隨著加固量和損傷大小而不同。
2.受拉（壓）構(gòu)件的修復(fù)
粘貼碳纖維加固對(duì)鋼結(jié)構(gòu)受拉（壓）構(gòu)件承載力的提高有較好的效果。對(duì)碳纖維加固空心管柱試驗(yàn)研究表明，沿方管環(huán)向粘貼碳纖維布的加固效果遠(yuǎn)比縱向好，極限承載力提高18%。當(dāng)沿縱向碳纖維加固時(shí)，破壞形式是碳纖維布與鋼結(jié)構(gòu)的剝離破壞；當(dāng)采用環(huán)向碳纖維加固時(shí)，則不會(huì)發(fā)生碳纖維布與鋼結(jié)構(gòu)之間的剝離和碳纖維布斷裂的現(xiàn)象，鋼柱最后發(fā)生局部屈曲破壞。對(duì)碳纖維布加固鋼板的單軸拉伸試驗(yàn)表明，粘貼碳纖維布的試件的屈服強(qiáng)度和極限荷載都有較大的提高，其屈服荷載的提高幅度又隨著粘貼面積的增加而增大，且多了碳纖維布斷裂這樣一個(gè)極限狀態(tài)來(lái)表征試件的破壞。
3.承受內(nèi)壓的鋼管線的修復(fù)
由于鋼管線內(nèi)經(jīng)常承受高溫，高壓的惡劣工作條件及內(nèi)部充滿易燃、易爆、有毒、腐蝕等介質(zhì)，一旦管線發(fā)生泄漏和爆破將帶來(lái)可怕的后果，因此保證管線安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。用碳纖維纏繞加固的鋼管線，在內(nèi)壓作用下，管壁主要是承受環(huán)向應(yīng)力作用，鋼管線膨脹，而徑向變形受到外部纏繞的碳纖維的約束，使得碳纖維和鋼管線共同受力，降低了管壁的環(huán)向應(yīng)力，從而提高了管線承受內(nèi)壓的能力。而如果對(duì)碳纖維施加一定的預(yù)應(yīng)力，使鋼管線在承受內(nèi)壓力之前就已經(jīng)沿環(huán)向形成了壓應(yīng)力，與內(nèi)壓作用產(chǎn)生的環(huán)向拉應(yīng)力疊加，則加固效果更好。
4.鋼結(jié)構(gòu)的疲勞修復(fù)
疲勞破壞的主要特征是破壞應(yīng)力低于靜態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度而發(fā)生的破壞，是工程結(jié)構(gòu)如吊車梁、橋梁等在反復(fù)荷載作用下的主要失效模式之一。調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，實(shí)際工程中的鋼構(gòu)件一般都要求具有很高的循環(huán)次數(shù)，50年應(yīng)力循環(huán)次數(shù)近l000萬(wàn)次。構(gòu)件采用碳纖維加固后，在交變荷載的作用下，承載能力提高、應(yīng)力幅值降低，間接提高了構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。研究表明，采用FRP加固后,存在疲勞損傷的鋼結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命均成倍增長(zhǎng),加固效果十分明顯。而對(duì)焊接構(gòu)件，碳纖維承擔(dān)焊趾處的部分應(yīng)力，焊趾處鋼材應(yīng)力明顯降低，導(dǎo)致鋼材焊趾處應(yīng)力集中系數(shù)降低，改善了鋼構(gòu)件焊趾附近的疲勞性能。經(jīng)過碳纖維加固后，鋼結(jié)構(gòu)試件應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過50萬(wàn)次的疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原狀焊縫，具有97%保證率的200萬(wàn)次疲勞強(qiáng)度可達(dá)到100.8MPa。所以，采用碳纖維粘貼技術(shù)改善鋼構(gòu)件的疲勞性能具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用意義。
5.預(yù)應(yīng)力碳纖維加固
采用普通表面粘貼法加固鋼結(jié)構(gòu)，由于彈性模量與鋼材接近，在正常使用狀態(tài)下，碳纖維的強(qiáng)度得不到充分利用，且加固對(duì)正常使用階段的性能改善無(wú)明顯作用。而對(duì)碳纖維片材施加預(yù)應(yīng)力后，再粘貼于梁受拉面進(jìn)行加固，可以有效地解決上述問題。另外，采用預(yù)應(yīng)力錨具在兩端進(jìn)行可靠錨固，還能避免碳纖維片材與鋼梁表明過早發(fā)生剝離破壞。因此，預(yù)應(yīng)力碳纖維加固在鋼結(jié)構(gòu)加固中具有較好的應(yīng)用前景。但目前國(guó)內(nèi)外采用預(yù)應(yīng)力碳纖維片材加固鋼結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用還很少。
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