钢丝绳-—聚合物砂浆加固原理
该技术具有高强、防火、聚合力强等特点,并且对人和环境无污染,符合绿色环保发展的理念。本技术区别于以往粘钢、碳布等被动加固工法最大特色就是具有可控的张拉力,是一种最有效的主动加固工法。
实际工程中采用的加固薄弱构件的方法很多,按上述粘钢、碳纤维、钢丝绳-聚合物砂浆加固作用原理可分为被动加固和主动加固两大类
直接加筋类被动加固
直接加筋加固系指,在构件受拉(或受剪)薄弱区直接增设抗拉(或抗剪)补强材料。例如补焊钢筋、粘贴钢板和粘贴高强纤维复合材料(碳纤维、芳纶纤维)等。在聚合物砂浆钢丝绳网片加固中,若对钢丝绳不加预应力,或仅为满足钢丝绳“绷紧”定位需要,加很小的预加力,钢丝绳的作用与补焊钢筋、粘贴钢板和粘贴高强纤维复合材料是相似的,其作用原理是属于直接加筋类被动加固范畴。这种加固方法后加补强材料只承担活载及后加恒载引起的内力,与原构件钢筋相比,后加补强材料应变滞后。一般情况下,在极限状态时其应力达不到其抗拉强度极限值,钢丝绳所具有的高抗拉性能是无法充分发挥作用的,“大马拉小车”是一种极大的浪费。
预应力主动加固
预应力主动加固系指,对布置在被加固构件受拉区(或抗剪薄弱区)的后加补强材料施加预应力。例如体外预应力加固和采用锚固于被加固梁体上的小直径预应力筋,然后喷注高性能复合砂浆,将其与被加固梁体粘结为一体的有粘结预应力加固体系。在聚合物砂浆钢丝绳网片加固中,若对钢丝绳加预应力,又称为聚合物砂浆预应力钢丝绳网片加固,其用原理与有粘结预应力加固体系是完全一样的。这种加固方法从原理上属于主动加固范畴。对后加补材料施加预应力的主要目的是从根本上解决后加补强材料“应变滞后”,提高材料的利用效率,通过后加补材料的预加力作用,改善了原结构的应力状态,提高了构件的承载力和抗裂性能。
强技术对比
1. 粘钢加固法
对刚度提高明显,但其材料自重过大,施工复杂,抗腐蚀能力差,耐火性差,不适用于混凝土强度等级低的情况,且极限承载力的提高有限。
2.粘碳纤维加固法
材料自重小,施工方便,其缺点是对刚度提高不明显,耐火性差,不适用于混凝土强度等级低的情况,易发生粘结破坏,承载力计算困难。
3.钢丝绳-聚合物砂浆
采用钢丝绳-聚合物砂浆加固时,钢丝绳网片承受拉力作用,并能与混凝土变形协调,共同受力。加固后原构件刚度、承载力提高明显,耐火性能与原结构混凝土相同,适用于圆心板,框架柱,框架梁、现浇板加固,此法施工简易,可空性较。
受力情况对比
1. 粘钢加固法
粘钢属于被动加固范围,当外荷载增加时新加部分产生应力、应变。因此新加部分的应力,应变滞后与原结构的应力、应变。所以新旧构件不能同时达到应力顶峰值,破坏时新加部分可能达不到自身的极限状态,如果原构件在粘钢加固之前的应力过高,变形较大,有可能使新加部分的应力处于较低水平,不能充分发挥作用。
2.粘碳纤维加固法
碳纤维材料织成碳纤维布后,其中的各碳纤维丝很难完全共同工作,在承受较低的荷载时,一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态,以此类推,各碳纤维丝逐渐断裂,直至整体破坏。而使用粘结剂后,各碳纤维丝能很好地共同工作,大大提高碳纤维布的抗拉强度,故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作,因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用,它既要确保各碳纤维丝共同工作,同时又确保碳纤维布与结构共同工作,从而达到加固的目的
受力情况对比
3.钢丝绳-聚合物砂浆
此加固方法具有约束加固的特征,外包的高性能砂浆钢丝绳网片,犹如封闭套箍一样,可以限制核心混凝土的横向变形,使混凝土处于三向受力状态,间接地提高了原结构混凝土的抗压强度.可以达到提高结构承载力和耐久性的双重加固目的。
1.钢丝绳-聚合物砂浆加固
钢丝绳按不锈钢钢丝绳直径为4.5mm间距为30mm考虑,得出1m2受力范围内钢丝绳抗拉前度直为: f=9.62×1050*34= 343434mpa
2.碳纤维布加固
碳纤维布按I级碳纤维布,厚度按0.167mm 宽300mm 间距200 考虑。根据上式可计算出碳纤维布1m2铺设层数,343434/0.167×300×1600×2=2.14 层 很据结果,可得出在相同等强度下,粘贴碳纤布需要粘贴3层才能达到钢丝绳-聚合物砂浆加固的抗拉效果。
3.粘钢加固
钢板选用Q235材质,使用600mm宽间距200mm钢板条加固,化学锚栓间距按300考虑。根据上述公式可得出,钢板需使用14mm厚,每平米含M20 化学锚栓8根.