1 Introdução à concepção e construção de Folha de fibra de carbono unidirecional reforço da engenharia

Um certo projeto em Dongguan é um único complexo de seis andares.Com exceção do restaurante no quarto andar, os andares restantes são para uso de escritório. Como o proprietário pretende mudar o quinto andar para um banco de dados de arquivos, o valor padrão da carga ao vivo uniforme original do piso é de 2 kN/m, que não atende aos requisitos de carga do banco de dados de arquivos ordinários. Após o projeto e o cálculo, as vigas e lajes precisam ser fortalecidos, e o valor padrão de carga viva uniforme no chão é aumentado para 5 kN/m2. Após a comparação e seleção das propriedades físicas do material, do processo de construção e do custo do Ding Yicheng, o plano de fortalecimento foi adotado com folhas de fibra de carbono e, finalmente, cumpriu com sucesso os requisitos de uso.

2 Reforço do princípio deunidirecional  Folha de fibra de carbono

Folha de fibra de carbono para reforçar a estrutura do edifício usa sua resina de apoio para furar a folha de fibra de carbono na superfície da estrutura do edifício.A resistência ao cisalhamento da resina de união é utilizada para transferir a carga suportada pelo componente de concreto para a folha de fibra de carbono, de modo que a folha de fibra de carbono pós-ligada e o componente de concreto armado original possam suportar conjuntamente a força de carga externa.

O fortalecimento finalmente produz um efeito de força sobreposto, e a folha de fibra de carbono utilizada para o fortalecimento é equivalente ao fortalecimento da estrutura de construção.

3 Comparação deunidirecional reforço de folha de fibra de carbono e outros materiais

3.1 Métodos de reforço da construção e classificação

O actual reforço da estrutura de construção internacionalmente aceite divide-se em duas categorias: reforço directo e reforço indirecto. Os métodos diretos de fortalecimento incluem o reforço de seção de ampliação, o reforço de aço externo, o fortalecimento de pré-tensão, o reforço de estrutura auxiliar e o fortalecimento de tecido de fibra de carbono. Os métodos indiretos de fortalecimento incluem o método de adição de membros, adição de fulcros, aumento da integridade estrutural e alteração da razão de rigidez.De acordo com os materiais de reforço, divide-se em três categorias: aço, concreto e materiais macios.O fortalecimento de folhas de fibra de carbono pertence ao fortalecimento direto e ao fortalecimento de materiais macios.

3.2 Características do fortalecimento da fibra de carbono

Comparado com outros tipos de tecnologia de fortalecimento, o fortalecimento de folhas de fibra de carbono tem características óbvias, principalmente as seguintes:

(I) O próprio material de fibra de carbono tem resistência específica relativamente alta e peso leve. Após a construção do fortalecimento, as dimensões externas da estrutura original basicamente não são alteradas, e a estrutura original do próprio peso não é basicamente aumentada.

(2) O processo de construção de reforço de folhas de fibra de carbono é simples, o período de construção é curto e a eficiência é alta.

(3) O material de fibra de carbono tem o módulo elástico mais alto, e tem um melhor efeito de controle sobre trincas de temperatura, fissuras de expansão de ferrugem e outras deformações menores após o fortalecimento.

(4) O reforço da folha de fibra de carbono dificilmente precisa de parafusos errados e compressão externa, e dificilmente danifica a estrutura original do concreto.

(5) Após a construção de reforço com o método de reforço de fibra de carbono, não há necessidade de lidar com a interface durante a construção de decoração.

(6) Quando a folha de fibra de carbono é reforçada por duas camadas ou três camadas de colagem, por causa de sua espessura fina, não há quase nenhuma influência do momento de cisalhamento devido ao aumento da espessura, por isso o efeito de fortalecimento é melhor.

(7) O tecido de fibra de carbono tem um efeito de fortalecimento único na face de trabalho estreita devido à sua flexibilidade e carretabilidade.

(8) O material de tecido de fibra de carbono é um material anisotrópico, e o projeto de fortalecimento geralmente utiliza apenas sua alta resistência longitudinal para reforçar a resistência à tração e flexão de barras de concreto armado.O efeito de fortalecimento é ruim para membros compressores e membros com forças complexas.

(9) O reforço do tecido de fibra de carbono geralmente não pode reforçar a rigidez dos componentes, e o custo do reforço com placas é maior, e o seu efeito global não é tão bom como chapas de aço de fixação ou reforço de aço de secção.

(10) Anti-corrosão de ácido, álcali e meio salino, aplicação ampla. Após o fortalecimento, a resistência à corrosão e a durabilidade da estrutura podem ser muito melhoradas, podendo ser aplicada ao fortalecimento de componentes em vários ambientes de trabalho.

4 Projeto de reforço de folha de fibra de carbono

4.1Reforço da flexão

4.1.1 Princípios de fortalecimento de flexão

O fortalecimento de flexão da estrutura de construção é substituir ou complementar o desempenho de tração da barra de aço, colando o tecido de fibra de carbono na área de tração da barra, melhorando assim a capacidade de rolamento de flexão da barra.O princípio do projeto é que o momento de flexão total do projeto após o fortalecimento deve ser menor do que a soma do momento de flexão de compressão do corpo sólido e o momento de flexão calculado da folha de fibra de carbono quando o cálculo da força estrutural mostra que a estrutura está danificada sob compressão.O momento deve ser menor que a soma do momento de flexão de tração e compressão do corpo sólido e o momento de flexão calculado da folha de fibra de carbono.

4.1.2 Método de fortalecimento da dobra

(1) Adotar múltiplas placas de fibra de carbono densamente distribuídas na área de momento de flexão de vigas estruturais e placas. Ao reforçar na zona de momento fletor positivo, a folha de fibra de carbono deve estender-se até a borda do suporte. Quando a folha de fibra de carbono se estende até a borda do suporte e ainda não cumpre os requisitos, medidas de consolidação de urânio devem ser tomadas. Quando se fortalece na área do momento fletor negativo, é disposta de acordo com a especificação de acordo com a distribuição do momento fletor negativo e a laje não é inferior a 1/4 de extensão e a viga não é inferior a 1/3 de extensão.

(2) No cálculo, deve verificar-se o cisalhamento da estrutura, de modo a satisfazer os requisitos de concepção, a fim de evitar a ocorrência de ruptura do cisalhamento antes da ruptura da flexão.

(3) O reforço da dobra deve, em geral, adoptar pintos em forma de U (na viga) através de talão longo (a bordo) ou de outros métodos de rastreio mecânico fiáveis dentro do comprimento de extensão da folha, a fim de garantir que a força cumpre os requisitos.

4.2Reforço do shear

4.2.1 Princípios de fortalecimento do cisalhamento

O fortalecimento do cisalhamento das estruturas de construção é geralmente projetado para a área de cisalhamento dos nós viga-coluna.O princípio geral de projeto é que o valor de projeto de cisalhamento alvo é menor ou igual à soma do valor de cisalhamento original da estrutura de construção e o valor de cisalhamento convertido da folha de fibra de carbono.

4.2.2 Método de fortalecimento do shear

(1) A direção da folha de fibra de carbono durante o fortalecimento do cisalhamento deve ser perpendicular ao eixo longitudinal do membro.

(2) O fortalecimento do shear geralmente adota o método de colar pintos em forma de anel, U- forma aro e duplo L-plate U- forma aro na área tosquiada da estrutura.Aro em forma de U e aro em forma de dupla placa em forma de U devem ser suplementados com tiras de pressão de dupla face para aumentar a força de traçado.

4.3Fortalecimento sísmico de colunas

4.3.1 Princípios do fortalecimento sísmico das colunas

O fortalecimento sísmico da coluna é controlado pela razão de fortalecimento total convertido do volume. Ou seja, a razão de fortalecimento total convertido é calculada com base na razão de fortalecimento calculada pelo volume de seção do núcleo do estribo estrutural mais a razão de conversão de folha de fibra de carbono.A força estrutural calculada do pilar pode atender aos requisitos do código de projeto da estrutura do concreto para a razão de fortalecimento do pilar sísmico. 

4.3.2 Métodos de fortalecimento sísmico de colunas

O fortalecimento sísmico da coluna adota o método de chapas de fibra de carbono circunferencialmente vinculantes.As folhas de fibra de carbono devem ser dispostas continuamente na área de fortalecimento do jovem fortalecimento.O comprimento do colo das tiras da folha não deve ser inferior a 150 mm, e as juntas do colo deve ser escalonado.

Observações finais

(1) O projeto de reforço de folhas de fibra de carbono assume que a resistência da resina de união atende aos requisitos de projeto, a deformação da seção mantém uma deformação plana, e cada material é tensionado dentro da gama de deformação permissível.A folha é passivamente estressada após a deformação inicial da estrutura. Diferentes objetos de fortalecimento têm diferentes efeitos de fortalecimento devido a diferentes tensões iniciais e diferentes ambientes de engenharia. Deve ser dada especial atenção ao conceber e utilizar parâmetros. Posteriormente, o estudo da relação tensão-deformação entre a estrutura e a folha deve ser reforçado.

2) Durante a construção, o tratamento de fundações estruturais, a preparação de materiais de colagem e o nível de habilidade do pessoal da construção também têm um impacto maior no efeito de fortalecimento, portanto, requisitos rigorosos de projeto devem ser organizados para organizar a construção.

(3) Restringidas pela complexidade das condições de construção e pela profundidade da investigação teórica, as actuais especificações devem ser melhoradas.

(4) Este método de reforço é geralmente aplicável aos elementos de flexão e tensão gerais que suportam forças estáticas em edifícios domésticos e estruturas gerais, e também pode ser aplicado ao reforço de estruturas de alvenaria, estruturas de madeira e estruturas de aço. Não é adequado para uso em barras de compressão, barras com rigidez insuficiente e barras estruturais sob carga dinâmica.