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预应力碳纤维板锚具研究

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           预应力碳纤维板锚具试验研究


   由于碳纤维材料拥有耐腐蚀性比较好、强度比较高、施工比较方便、工作效率高以及自身重量小等特点,在建筑施工结构中已经逐渐得到十分广泛的应用。随着时间的不断推移,桥梁及建筑工程结构逐渐老化,使其需要加固。目前,传统的加固技术如体外索结构复杂,自重会增加结构负荷,防腐要求高。预应力碳纤维板加固技术发展的十分迅速,并且由于拥有很多优点在对工程加固过程中得到实际应用。但是由于纤维板强度高、抗剪抗压强度低以及表面比较光滑,且材料较脆。所以碳纤维板锚具要求较高,锚固技术比较困难。因此,本文研究了预应力碳纤维板锚具试验。

  1.实验方案

  在混凝土加固过程中使用预应力碳纤维板的时候,对锚具的要求比较特别,一般境况下,如果选用普通的粘结方式,对于碳纤维板来说不能满足实际的工程需要,因此,需要采用一定机械措施以及摩擦力来对锚固效果进行加强。

  为了很好的达到实际需要效果,我们对碳纤维板进行钢板夹锚具的设计,把碳纤维板放在夹具之中,在被加固构件上采取高强螺栓对锚具进行固定,通过施加一定的预应力,来提高锚具的摩擦作用,通过实验的方式来进行验证。碳纤维锚具示意图如下:

  2.实验材料

  根据实际的工程需要对碳纤维板进行选取,选择碳纤维板一般都是选用进口丝拉挤成型的碳纤维板,厚度一般为2、3mm,宽度一般为50、100mm两种规格,抗拉强度为2400MPa,弹性模量一般为165GPa。用来进行锚固的锚具,采用40Cr材质。锚具与混凝土的连接,采用化学锚栓。而碳板中段的压块,选用钢材Q235就行,上下锚板厚度为16mm和10mm。,使用8.8级高强螺栓。采用专门配置出来的改性环氧树脂胶黏剂;选择40吨的液压千斤顶。

  3.实验过程

  依据每次试验的实验现象以及实验方案,对影响碳纤维板锚具的因素进行不断探索,从而设计出一定的参数。

  实验流程:第一,等距离在碳纤维中间贴上五个应变片;第二,依据上表的实际情况对碳纤维布垫层两端进行加固;第三,把反力架上的张拉臂打开,并且把下锚板固定在张拉臂左右两侧的刚翼上;第四,千斤顶安装在销钉与碳纤维板之间。掌握好距离;第五,根据上表参数对碳纤维板进行固定,固定在两锚板之间,有两种制作工艺,包括加压粘结、无粘结,进行加压粘结时候,需要把碳纤维利用胶黏剂粘合在锚板上,并且固化三到四天。第六,施加刚压条,并且对螺栓施加预应力,使得锚板间产生一定压力,从而把碳纤维板加紧,可以选择扭矩扳手来施加预应力;第七,把应变片安装到数据线上,也就是构件完成安装就可以进行实验;

  4.实验结果分析

  我们选出碳纤维平板锚具的7种不相同的锚固措施进行试验并研究,实验结果如下,其中的极限平均应力是由5个经过试验应变片的极限应力的平均值乘以碳纤维板弹性模量计算而来:

  (1)试件一是仅对螺栓施加预应力,没有碳纤维布垫层和粘结措施,所以测得的应力无规则变化,不均匀,中间应力比上下两端应力小的多,说明中间部分的碳纤维板锚固效果比较差;

  (2)试件二是碳纤维板滑出导致的破坏形态,增大螺栓的预压力,这样稍微提高了碳纤维板的极限应力;

  (3)试件三增加了很大的螺栓预压力,碳纤维板的极限平均应力提高幅度非常大,这说明了螺栓预压力很大程度上提高了锚具的锚固效果,作用非常的明显;

  (4)试件四不仅加厚了纤维布垫层,而且在锚板上加一个钢压条,大大提高了极限应力,同时测得的应变很均匀,这说明了钢压条可以改善应力不均匀;

  (5)试件五调整纤维板上面上三层的宽度,结果测得应变更加的均匀,同时也稍微提升了极限应力,得到更理想的破坏形势,这说明了碳纤维布垫层的宽度对锚具锚固效果产生了稳固的效果。

  (6)试件六实际上是垫层与碳纤维板以及锚板之间进行涂刷粘结,从而使极限应力幅度提高比较大,在60kN的压力情况下,出现的滑动不是很大。

  (7)试件七其实是在试件六的基础之上,把螺栓的预应力增加到80kN,使得极限平均值达到1540MPa,而且碳纤维板没有出现滑动现象,从而可以满足锚固的实际要求。

  5.结束语

  综上所述,本文对七种不同碳纤维板锚具及锚固方式进行加固实验,通过分析结果可以得到:在钢板与碳纤维板采用胶黏剂结构的基础之上,对碳纤维板进行高强螺栓试压,可以很好的提高钢板对碳纤维板锚固能力,而且锚具的钢板上拥有一定刚度,因此,可以减少形变,提高锚具效果,从而满足工程实际需求。

                                                南宁预应力碳纤维板张拉