碳纤维布在高桩码头加固中的应用.pdf
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1、 年 月水运工程 第 期 总第 期 碳纤维布在高桩码头加固中的应用刘亚威 王丽娟 周云亮 孙 涵(中交(天津)生态环保设计研究院有限公司 天津)摘要:早期建设的高桩码头结构由于腐蚀、老化、过载、疲劳等原因导致损伤 影响码头的使用功能 针对这一问题进行了码头构件的加固研究 结合高桩码头加固实例 采用现场试验及数值模拟方法 通过加固前后混凝土构件挠度及应力变化 分析了粘贴碳纤维布对损伤构件的加固效果 结果表明 粘贴碳纤维布可有效降低混凝土构件的挠度及应力 对损伤构件有良好的加固效果关键词:高桩码头 碳纤维布 加固 数值模拟中图分类号:文献标志码:文章编号:().收稿日期:作者简介:刘亚威()男 硕
2、士 工程师 从事港口及航道工程咨询设计及施工管理工作 工程概况某项目位于长江下游 为高桩梁板式结构 建于 年 岸线总长度 码头宽度 由 个排架组成 共 个泊位 采用钢管桩()基础结构 每排 根(对叉桩、根直桩)码头前方门机平台设计荷载 上部为梁板结构 见图 根据现行规范 对高桩码头梁构件根据外观裂化程度进行分级 梁构件状态分级见表 对拟加固码头梁构件进行检测 混凝土构件的主要损伤表现为混凝土裂缝及剥落 见图 根据纵梁劣化程度的检测结果 对纵梁的外观劣化度进行评级 其中 级占比 、级占比 、级占比 对纵梁安全性和适用性评价等级分别为 和 应对构件进行修补 第 期刘亚威 等:碳纤维布在高桩码头加固
3、中的应用图 码头结构断面(高程:尺寸:)表 梁构件劣化程度分级等级钢筋锈蚀裂缝剥离剥落无无无混凝土表面可见局部锈迹局部有微小蚀裂缝裂缝宽度小于 局部剥落剥落长度小于构件长皮的 锈迹较多 钢筋锈蚀范围较广裂缝较多部分为顺筋连续裂缝裂缝宽度在 局部剥落剥落长度小于构件长度的 锈迹普遍钢筋表面大部分或全部锈蚀钢筋截面面积明显减小大面积顺筋连续裂缝裂缝宽度大于 剥落长度大于构件长度的 图 待加固纵梁 纵梁常用加固方法混凝土构件的加固方法和特点见表 材料加固法是采用专用的环氧树脂等胶黏剂将碳纤维布等材料粘贴于待加固构件表面并形成与构件共同承受荷载的整体 发挥 材料的良好的力学性能 从而提高构件强度及耐久
4、性 材料加固法质量轻、强度高、耐腐蚀、易施工 越来越多地用于混凝土结构的加固 笔者采用 材料加固法 通过对比加固前后梁的受弯性能分析其适用性表 劣化混凝土构件加固方法常用方法特点增大截面法施工技术成熟、可靠效果明显但增加原结构的自质量减小净空工期长结构二次受力明显外包钢板法约束原构件变形增大构件刚度来提高承载力外加预应力法通过改变原结构的内力分布、降低结构原有应力水平来间接提高结构的承载能力 材料加固法加固效果明显、施工简便、工期短、耐腐蚀、不增加自质量、不改变原结构尺寸、对周围生活活动影响较小 施工方法.表面处理清除被加固构件表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化的混凝土 露出混凝土结构层 并用修
5、复材料将表面修复平整 由于本工程为预制纵梁属预制构件 基材条件较好 平均处理深度较浅水 运 工 程 年转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状 圆弧半径不小于 对局部小范围有凹陷的混凝土表面应先进行修补 使混凝土表面无棱角及凹陷区域 表面处理后 用丙酮擦拭干净构层表面并使表面清洁干燥 必要时使用强力风扇或吹风机保证表面干燥清洁.碳纤维布粘贴按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布 将浸渍胶均匀、饱满地涂抹于需要粘贴的混凝土表面上将裁剪好的碳纤维布贴在涂好胶黏剂的基层上顺纤维方向多次滚压挤出气泡 使浸渍胶充分浸透碳纤维布 滚压时应防止损伤碳纤维布 多层粘贴时 在纤维表面的浸渍树脂处干燥后立即进行下一层的粘贴
6、碳纤维布的主要参数为:单位面积质量 、抗拉强度标准值 、弹性模量 加固效果数值模拟目前国内外对碳纤维布加固混凝土构件的试验模拟及数值模拟已经取得了丰硕的成果 对混凝土与碳纤维材料共同工作的机理也已经做了深入的研究 笔者在已有研究的基础上采用 有限元软件对工程案例加固效果进行模拟 对数值模拟结果可靠性有较大影响的因素主要是所选用的材料本构关系是否合理 碳纤维材料加固混凝土构件的主要材料包括混凝土、钢筋、碳纤维材料.混凝土本构关系结合 混凝土结构设计规范 及王新敏 对混凝土材料的处理方法 混凝土的本构关系为:()()()式中:为应力峰值 当均匀受压时 即为轴心抗压强 度 为 相 对 于 峰 值 应
7、 力 时 的 应 变 取 为极限压应变 为 应力应变关系见图 图 混凝土应力应变关系曲线模型采用 单元模拟混凝土材料并输入 个控制点形成本构模型曲线 此单元是 软件中的三维实体单元 适用于抗压强度比抗拉强度大的非均匀材料 如混凝土、岩石等.碳纤维材料的本构关系碳纤维布的应力应变关系取理想弹性 纤维应力超过其抗拉强度则认为纤维断裂 其本构关系为:()()()式中:为碳纤维布容许拉应变 为碳纤维布应变 为碳纤维布弹性模量 为应变为时的应力.滑移界面模型目前 对 材料与混凝土连接界面的研究已经有较多成果 但多数结果较为离散 根据陆新征 采用的精细的有限元方法分析结果可以较好地模拟 混凝土工作界面 他
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