Reforço de uma fábrica de betão

1. Visão geral do projeto

O edifício da fábrica numa zona industrial era originalmente uma estrutura de estrutura de 8 andares. A secção da coluna de betão armado era de 500 mm x 500 mm e o grau de resistência do betão era de C30. Um total de 12 barras de aço de 25 níveis II foram dispostas ao longo da periferia da coluna. O projeto de reforço da central foi testado e não conseguiu cumprir os requisitos da estrutura original de suporte e fortificação sísmica. Após o projeto de reforço estrutural do instituto de design e investigação, está previsto utilizar tecnologia de reforço de fibra de carbono para aumentar a resistência à flexão de alguns dos 1-2 pisos. Ao mesmo tempo, devido à erosão a longo prazo de ácidos, álcalis e outros gases, a camada protetora de betão descascou parcialmente e as nervuras ficaram parcialmente enferrujadas. A restrição horizontal do betão precisa de ser reforçada.

2. Determinar o plano de reforço

Após análise comparativa, decidiu-se utilizar o método de colagem de manta de fibra de carbono unidirecional para melhorar a capacidade de carga e a ductilidade da coluna. Neste projeto, a utilização desta tecnologia de reforço deve-se principalmente às seguintes vantagens:

2.1. Alta resistência, fina e leve, praticamente sem aumento do peso estrutural e do tamanho da secção. A resistência à tracção da chapa de fibra de carbono é 7 a 10 vezes superior à do aço com a mesma secção transversal. A espessura da chapa acabada é de apenas 0,111 mm a 0,333 mm e a sua densidade aparente é de 1/4 a 1/5 da do aço. É flexível, fácil de cortar e tem uma vasta gama de aplicações, adequada a qualquer formato.

2.2. Anticorrosão de meios ácidos, alcalinos e salinos, resistência à fadiga, resistência à fluência, tamanho do material estável, o reforço pode melhorar significativamente a resistência à corrosão e a durabilidade da estrutura, podendo ser aplicado ao reforço de componentes em diversos ambientes de trabalho.

2.3. A construção é simples e rápida. A chapa de fibra de carbono unidirecional pode ser colada e enrolada diretamente na superfície do edifício, o processo é simples, dispensa cofragens e equipamentos de elevação de grandes dimensões, os requisitos para o estaleiro de obra são baixos e é adequada para operações em espaços estreitos. Fácil de operar e económica.

2.4. Pode fechar eficazmente as fissuras da estrutura de betão e prolongar a sua vida útil.

2.5. A utilização de chapas de fibra de carbono unidirecionais para reforço pode manter a aparência da estrutura original tanto quanto possível, sem afetar a decoração da superfície e minimizando os vestígios de reparação.

Cálculo de projeto: Este projeto é constituído por uma estrutura de pórtico com grau sísmico dois, secção de pilar de 500x500, estribo existente de 8 a 200, grau de resistência do betão C30 e taxa de compressão axial do pilar agora de 0,9. A colagem horizontal de duas camadas de tecido de fibra de carbono reduz a taxa de compressão axial para um máximo de 0,8, cumprindo os requisitos dos códigos sísmicos. O processo de cálculo é o seguinte: a influência da armadura longitudinal do pilar não é considerada..

A_s=bh-(4-1π)R_c²=249463mm²

K_s=(blh) [ 1-[ (b/h) (h-2R_c)²+(b/h) (b-2R_c)]／(3A_g-p_s/1-p_s)=0.46,

Adopting two-layer carbon fiber cloth paste: the first layer is pasted longitudinally along the axis of the column to improve the bending strength of the column. The second layer is wrapped laterally along the column to enhance the compressive strength, ductility and seismic performance of the column. Considering that with the same amount of carbon fiber cloth, the effect of strip wrapping is better than the effect of whole wrapping. At the same time, combined with the cross-sectional size of the column, it is decided to stick a carbon fiber cloth with a width of 300mm on each surface along the axial direction of the column, and the lap length is 250mm. Wrap a 300mm wide carbon fiber cloth every 100mm along the column height, with an overlap length of 250mm.

3. Processo de construção e requisitos operacionais do material de fibra de carbono

O fluxo do processo é: preparação antes da construção, tratamento da superfície do betão, revestimento de primário, nivelamento, colagem e proteção.

4. Outras aplicações dos materiais de fibra de carbono unidirecional no reforço de estruturas de betão

A tecnologia de reforço de fibra de carbono pode ser aplicada não só ao reforço de estruturas de betão em engenharia habitacional, ferroviária, rodoviária, de pontes, portuária, de conservação de água e hidroelétrica, mas também ao reforço de estruturas de alvenaria e de madeira. As aplicações específicas da tecnologia de reparação e reforço de estruturas de betão com chapas de fibra de carbono na engenharia incluem:

4.1. Reforçar a zona de tração de vigas, lajes e outros elementos de flexão (parte inferior do vão, parte superior de vigas contínuas e apoios de lajes). Com o reforço em fibra de carbono, a capacidade de suporte do elemento de flexão é aumentada. As fissuras na zona de tração podem ser seladas com uma manta de fibra de carbono após o enchimento das juntas para controlar a expansão contínua das fissuras. Além disso, para o reforço do elemento de flexão, o método de pré-tensão com fibra de carbono também pode ser utilizado para melhorar o efeito do reforço.

4.2. Reforço de cisalhamento de vigas: Para fissuras oblíquas causadas pela tensão de tração principal, as folhas de fibra de carbono são coladas no eixo vertical da lateral da viga e as folhas de fibra unidirecionais podem ser coladas transversalmente, se necessário.

4.3. Para a estrutura da coluna do pilar, utilize folhas de fibra de carbono unidirecionais coladas nos locais onde o reforço principal ou o reforço da pega são insuficientes. Uma vez que a fibra de carbono pode conter eficazmente a deformação lateral da coluna, melhora a resistência e a tenacidade da coluna do pilar, melhorando assim o seu desempenho sísmico..

4.4. As paredes de cisalhamento são coladas com fibra de carbono ao longo da direção do reforço de cisalhamento num ou em ambos os lados.

4.5. Estruturas de grande altura (como silos, torres de água) - semelhantes às condições de força e aos métodos de reforço dos pilares.

4.6. Paredes laterais de piscinas e depósitos de gás - reforçadas por tensão.

4.7. Bueiros e túneis - reforço de flexão e tração em condições anormais de stress.

4.8. Função de vedação - a folha de fibra de carbono unidirecional é colada à costura para fazer com que a fibra de carbono e o betão trabalhem em conjunto para prolongar a vida útil do componente de betão.