Fortalecimento de polímero reforçado com fibra estrutural (FRP)é um método de utilização de materiais de fibra de alta resistência como fibra de carbono e fibra de vidro para reforçar a estrutura. Ele tem as vantagens de boa durabilidade, construção simples, sem aumento na seção, sem aumento de carga, e aparência bonita. Foi aplicado com sucesso ao fortalecimento sísmico, de flexão e cisalhamento de várias estruturas.

Fibra de carbono para fortalecimento sísmico

Enrole a coluna de concreto armado com material de fibra de carbono para que a direção da fibra seja perpendicular ao eixo da coluna, o que pode efetivamente melhorar a ductilidade e a capacidade de rolamento da coluna e aumentar sua capacidade de dissipação de energia sísmica. Além disso, como principal membro lateral resistente à força, a parede de cisalhamento não é mais do que uma falha de ductilidade flexural (madeira de cisalhamento média-alta) ou uma falha de cisalhamento quebradiço (mura de cisalhamento baixa). Fibra de carbono é usada para fortalecer a parede de cisalhamento, desde que o método seja apropriado, também pode melhorar significativamente sua ductilidade e capacidade de rolamento. Portanto, o fortalecimento sísmico de estruturas de concreto armado é um campo eficaz de aplicação de materiais de fibra de carbono. Entretanto, deve-se ressaltar que quando a fibra de carbono é utilizada para reforçar colunas ou paredes de cisalhamento, pois a própria fibra de carbono é um material pré-flexível, é ligada à estrutura reforçada através da cola estrutural, o que requer que o concreto armado atenda a determinados requisitos de resistência.É possível exercer o efeito de reforço da fibra de carbono.A seguir, toma a engenharia real como exemplo para ilustrar o método de reforço de pilares de concreto armado com fibra de carbono e melhorar o desempenho sísmico.

Para uma estrutura de estrutura de concreto armado multicamadas, verificou-se durante a aceitação da construção que a resistência do concreto de 9 pilares de estrutura não poderia atender aos requisitos de projeto, resultando em excessiva relação de compressão axial e incapaz de atender aos requisitos de ductilidade exigidos pelo limite da razão de compressão axial.A este respeito, optou-se por usar tecido de fibra de carbono para enrolar o esquema de fortalecimento de coluna.Por um lado, a razão é que o embrulho da fibra de carbono tem um efeito de aro no concreto do pilar, que pode melhorar a resistência à compressão axial do concreto em certa medida.Por outro lado, o efeito lateral de retenção da fibra de carbono na coluna também pode melhorar significativamente a ductilidade da coluna sob cargas horizontais. Através do cálculo da capacidade de rolamento e ductilidade, a solução de 3 camadas de tecido de fibra de carbono enrolado ao longo de toda a faixa de altura do pilar é adotada para as 3 colunas com menor resistência, e a solução de 2 camadas de tecido de fibra de carbono enrolado ao longo de toda a faixa de altura do pilar é adotada para as outras 6 colunas..O esquema de fortalecimento é mostrado na Figura 1.

Fibra de carbono utilizada para o fortalecimento flexural da laje de assoalho

Devido à sua alta resistência à tração, materiais de fibra de carbono podem ser usados para o fortalecimento flexural de componentes de concreto. Quando a fibra de carbono é usada para o fortalecimento flexural, a direção de fixação da fibra deve ser paralela à direção principal de força do membro. Além disso, ao calcular a capacidade de rolamento de flexão da estrutura reforçada, a redução da resistência final da fibra de carbono também deve ser considerada. Os exemplos a seguir ilustram o método de fortalecimento da flexão de fibra de carbono.

Existe uma estrutura de parede de concreto armado em fundição.A laje original do chão é 120m de espessura. Agora está planejado adicionar um grande aquário, pesando 3.6t, e o tamanho da base do aquário é 4.6*1.2m (Figura 2). Devido à grande nova carga, a estrutura original deve ser reforçada. Para a área de momento de flexão positiva da laje de assoalho, o método de colar tecido de fibra de carbono pode ser usado para o fortalecimento. Estudos têm mostrado que, por um lado, quando a quantidade de tecido de fibra de carbono reforçado é grande, a resistência que pode ser alcançada no estado final da capacidade de rolamento do piso é baixa, e sua resistência não pode ser totalmente utilizada.Por outro lado, se a quantidade de material de fibra de carbono é reduzida, pode atingir uma maior tensão no estado final da capacidade de rolamento, mas porque o módulo elástico de fibra de carbono está próximo ao do aço, a placa pode ser danificada devido a deflexão excessiva sob o estado limite de uso normal.

Aplicabilidade do método de reforço de fibra de carbono

Como mencionado acima, a fibra de carbono pode ser usada com sucesso para o fortalecimento sísmico, cisalhante e flexural de estruturas de concreto.No entanto, deve-se ressaltar que, devido às características inerentes ao estresse das estruturas de fibra de carbono reforçada, muitos problemas estruturais do concreto não são adequados para o fortalecimento da fibra de carbono, sendo necessário analisar sua aplicabilidade.

1. Problema de rigidez

Quando a estrutura do concreto ou do telhado é insuficientemente rígida, resultando em deformação excessiva e craqueamento grave, que afeta o uso, não é adequado usar o método de colar tecido de fibra de carbono para reforçar.Para vigas, placas e outros elementos de tensão transversal, quando a fibra de carbono é utilizada para o fortalecimento, no estado limite de uso normal, o efeito da fibra de carbono na rigidez estrutural é inferior a 10%, ou basicamente nenhuma melhoria.

2.O escopo de aplicação do fortalecimento de dobra de fibra de carbono

Quando a estrutura do concreto é reforçada com tecido de fibra de carbono devido à capacidade de suporte flexural insuficiente, o modo de ruptura da estrutura reforçada depende do fortalecimento da estrutura original, por um lado, e da quantidade de fibra de carbono, por outro.

3. Problema de torção

Em relação ao fortalecimento resistente à torção de estruturas de concreto com materiais de fibra de carbono, poucos estudos têm sido conduzidos em casa e no exterior.Na perspectiva do mecanismo de falha de torção da estrutura do concreto, seja a direção da fibra de carbono perpendicular ao eixo ou paralela ao eixo, o desenvolvimento de fissuras diagonais de torção pode ser restringido e um certo efeito de fortalecimento pode ser alcançado.

Em suma, o método de fortalecimento de fibras de carbono pode ser utilizado para flexão, cisalhamento e fortalecimento sísmico de estruturas de concreto.No entanto, cada um tem o seu âmbito de aplicação. Ao calcular a capacidade de rolamento, a redução da resistência à fibra de carbono deve ser considerada com base nos resultados do ensaio.O método de fortalecimento de fibras de carbono não é adequado para o fortalecimento de estruturas de concreto no estado limite de uso normal devido à rigidez insuficiente, deformação excessiva. Quando usado para o fortalecimento da torção, embora possa desempenhar um certo papel, não é econômico.