碳纤维布与粘钢加固能否互换

2021-12-12

    碳布与粘钢的相似之处,可以从适用范围上说起。碳布和粘钢也可用于弯曲构件、大偏心压缩构件和拉伸构件,如在梁底粘贴碳布或钢板,可提高结构承载力,达到加固的目的。此外,原则上,碳布和粘钢都是用结构胶将碳布或钢板粘贴在混凝土基材上,使加固材料和基材形成整体共同受力。

    从施工流程看,碳布与粘钢也十分相似。两种方法都受结构胶的影响很大。如果结构胶质量不合格,加固材料会与基材剥离,造成安全隐患甚至事故。同时,两种方法在加固前都需要卸载,不卸载或卸载不彻底都会产生二次受力,导致加固材料受力滞后。此外包括表面处理、施工温度等也有高度重叠。

    事实上,碳纤维布和钢板在结构加固中的作用可以等同于提高钢筋混凝土结构的加固率。因此,在一定程度上,碳纤维布加固和粘钢加固可以相互替代。根据规范中要求的设计值,我们可以进行简单的比较。规范中一级300g碳布重要构件的设计值为1600MPa,Q235钢板的设计强度为215MPa。也就是说,在材料宽度相同的情况下,一般可以认为1mm碳纤维布的厚度与8mm钢板的厚度相似。

    碳布的优势

    若碳纤维布的抗拉强度设计值为2000MPa,钢材(Q235)的抗拉强度设计值为200MPa,则可按0.1mm厚碳纤维布相当于1mm厚钢板。

    另外,碳纤维轻薄,不需要大型施工机械,运输、储存、施工简单,工程量相同,粘贴碳纤维的工期约为粘钢的40%。与钢材相比,碳纤维是一种惰性材料,不腐蚀,不易被有害介质腐蚀,在恶劣环境下耐久性好。

    碳纤维还具有柔韧性,可以包裹复杂形状的构件。不太光滑的结构建筑钢筋表面也可以达到基本有效的粘贴率。一般来说,有效粘贴面可达70%-80%左右。

    粘钢的优势

    若仅凭以上结果,认为碳布的加固效果远高于粘钢,大错特错。不同强度等级的碳纤维布厚度不同,加固中使用的一级300g碳纤维布只有0.167mm。碳纤维布加固虽然有多层加固,但多不允许超过四层,从第二层开始加固效果会降低,与5mm厚钢板的加固效果相比还是有差距的。

    碳纤维和钢的弹性模量基本相同,但碳纤维的抗拉强度约为钢的10倍。因此,为了充分发挥钢筋材料的强度,粘贴碳纤维需要钢筋构件产生更大的变形。也就是说,在小变形的情况下,粘贴碳纤维的加固应力滞后明显,因此当构件承载力相差较大时,应优先考虑粘钢加固。

    碳纤维和钢的弹性模量基本相同,达到相同的力值,钢的截面要大得多,所以粘钢加固提高构件钢度的幅度要超过碳纤维加固。也就是说,如果补充相同的抗弯能力,粘钢加固的挠度变化小于碳纤维加固。

    锚固可焊接在钢板上,也可钻孔设置植筋锚固,因此粘钢加固的锚固方式比粘碳纤维更灵活。

    以上比较是从理想角度出发,若要实际替换,还需进行详细的计算验证。碳布和粘钢的更换还有很多需要考虑的事情。两者弹性模量相似,但抗拉强度相差较高。因此,要充分发挥碳纤维的强度,原有结构需要产生较大的变形。因此,当原结构卸载不明显或结构变形较小时,粘钢加固明显优于碳纤维加固。

    碳布与粘钢,适用环境也不完全形同。碳纤维布不仅强度高,而且耐磨耐腐蚀。从材料本身的角度来看,碳纤维布不会生锈,这将是长期恶劣环境下混凝土结构的更好选择。此外,同规模的加固工程和粘钢施工成本可能达到碳布加固的2-3倍,需要注意。

    总结

    在加固工程中,问题只有一种加固方法才能完全解决,很少。换句话说,任何加固方法都会有自己的使用限制,所以我们需要掌握每种加固方法的优势,充分发挥每种加固方法的优势。加固设计和方案的变更应由专业人员进行设计、审查和终确定,不得随意忽视结构生命安全。


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