天津碳纤维加固公司

时间：2016-03-30

天津碳纤维加固技术

一、引言

某炼油厂20万吨/年气体分馏装置由于产品处理量的扩大，有些原有的设备需要更换，该装置在2008年停工检修期间进行扩能改造，随着荷载的增加，框架需要进行核算。通过对框架的计算分析，框架满足不了要求，决定对框架进行加固，使加固后的框架能满足设计要求。

二、加固方案选择

本框架平面尺寸为29.75m X 8.7m,层高6.5m,共二层。柱距6m,跨度8.7m（见平面图）。

通过对框架的计算分析，在地震作用下，钢筋混凝土框架的弹性层间位移角一层为1/516,二层为1/598，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规定钢筋混凝土框架的弹性层间位移角限值为1/550，弹性层间位移角限值不满足要求。现将一层KJ-2、KJ-4柱截面尺寸由400x650mm改为600x750mm,KJ-1、KJ-3柱截面尺寸不变，仍为400x650mm.二层柱截面尺寸不变，一、二层梁截面尺寸不变，再次通过对框架的计算分析，在地震作用下，弹性层间位移角限值满足要求，一层为1/705,二层为1/602。在计算满足要求的情况下，提供以下两种加固方案：

方案一、（加大截面+外包钢加固）通过对框架的计算分析，发现一层需提高刚度，以满足变形的要求，二层则仅需提高承载力就可满足要求。根据计算结果，一层柱采用加大柱截面，二层柱采用外包角钢加固，框架梁采用加大梁截面。基础满足要求，不需加固。

外包角钢加固可以明显提高原构件的承载力，提高加固构件的刚度和延性，对静力加固的结构必须考虑结构二次受力问题。加固后的承载力随着应力历史的增大而减小,在加固结构设计中须考虑应力历史的影响。它对加固构件的截面尺寸和外观影响很小，缀板与角钢的焊接工作量大。

方案二、（加大截面+粘贴碳纤维加固）方案二是在方案一的基础上将二层柱采用外包角钢加固改为粘贴碳纤维加固，框架梁采用粘贴碳纤维加固。基础满足要求，不需加固。

粘贴碳纤维布(CFRP)加固混凝土结构能明显提高混凝土结构的承载力和延性，尤其对构件的延性提高较明显，但由于CFRP材料对构件的承载力提高有限，按照现行规范的要求较多不能过40%。碳纤维加固无焊接工作量，对混凝土的约束效果比外包钢好,对改善混凝土柱的延性作用也比外包钢好。

通过以上两种方案的比较，两种方案均可以满足设计要求，在这种情况下，施工周期的问题就显得比较**，该装置在2004年停工检修期间进行扩能改造，停工时间只有25天左右，为了保证工期及各种因素的综合考虑，决定采用方案二对框架进行加固。

三、加固设计

（一）加大截面

加大截面加固法的较大问题就是使新旧部分混凝土整体工作，共同受力问题，而新、老混凝土的结合面是加固结构受力时的薄弱环节。因此，从设计构造上配置足够的贯穿于结合面的剪切摩擦筋或锚固件将两部分连接起来，是确保结合面能有效传力，并使新旧两部分混凝土整体工作的关键。

为了确保结合面能有效的传力，使新老混凝土能整体工作，在设计过程中就要考虑如何把外包混凝土的封闭箍筋，通过可靠的方式与原混凝土柱联系。要使众多的箍筋能与原混凝土柱连接好，需要设计出可靠而简单的连接方法。

加固时柱主筋下部植入基础承台内，保证新增竖向结构承受的竖向荷载能够顺利传给基础，并保证刚度的连续性，柱子纵筋采用焊接。梁柱节点处，柱加固纵向钢筋应贯穿楼板不截断，如有梁阻隔时可从框架梁两侧绕过，然后采用一定的坡度收至设计位置，在框架梁上下各增加附加钢筋满足竖向钢筋间距要求；不被原柱阻碍的梁加固纵筋采用通长筋，有柱阻碍则采用植筋技术植入到原柱混凝土中。

加大截面加固法技术成熟，加固效果明显，造价较低，*再做耐火和耐久措施，缺点是现场湿作业量大，由于加固钢筋较密，增大截面法施工振捣密实成为难题，因此加固的截面不能太小，一层KJ-2、KJ-4柱截面尺寸由400x650mm改为600x750mm,KJ-1、KJ-3柱截面尺寸不变，仍为400x650mm。柱加固详图见图1所示。

（二）粘贴碳纤维

碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。

将抗拉强度较高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、抗裂性和延伸性。加固详图见图2所示。

碳纤维的材料特性

本次加固选用碳纤维布的密度为300g/ mm2 ,厚度为0.167mm,板材厚

度为1.2mm。板材用力强牌**粘结剂，修补材用力强牌**粘结剂，布材用力强牌**粘结剂。

四、施工要求

1．混凝土表面处理

将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净。对经过剔凿、清理和

露筋的构件残缺部分，进行修补、复原。裂缝修补：缝宽小于0.2mm的裂

缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。

修复后的构件表面尽量平顺。转角处打磨成圆弧状，半径不小于20m，并清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。

2．缺陷部位涂刷底胶

将配好的底胶（粘结剂），用涂刷均匀于缺陷部位的砼表面。

3．构件表面残缺面的修补

用环氧腻子对构件表面残缺面的修补是十分重要的一步，要点如下：

1）腻子主剂、固化催进剂、固化剂按规定比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。

2）构件表面凹陷部位用环氧腻子填平，修复至表面平整。在残缺修补中使用环氧腻子时，要在气温-5℃以上，相对湿度小于85%的条件下施工。腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。

4．涂刷底胶

将配好的底胶（粘结剂），用滚筒均匀涂刷于需要粘结的混凝土表面。

5．粘贴碳纤维

粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥。当气温在-10℃以上，相对湿度RH>85%时，如无有效措施不得施工。碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上。该部位应多涂树脂，碳纤维横向不需要搭接。

6．养护

粘贴碳纤维材料后，需自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期间不受外界干扰和碰撞。并用1：2水泥砂浆抹面20厚进行防火保护。

7.碳纤维的材料性能及粘贴的质量检验标准

碳纤维的材料性能及粘贴的质量检验按《碳纤维片材加固砼结构技术规程》（CECS146:2003）的要求进行。

五、结语

框架从2008年施工完后，该装置运行至今已有5年多，总体运行情况良好，说明此框架加固是成功的。采用碳纤维加固具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该方法，可大大提高构筑物的使用寿命。当结构的弹性层间位移角限值不满足要求时，构件的承载力提高要求过40%时，不能单纯用碳纤维进行加固。

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