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嵌筋技术

一、嵌筋原理

将纤维束用机械嵌入构件表面一定深度,再用特定胶黏剂将纤维束与构件融为一体共同受力,达到加固补强的目的。通常做法是,在待加固构件的表面剔出V 形或U 形槽,在槽内先注入约1/2 深度的粘结材料,将纤维筋或板条放入槽中并轻压,静置一定时间使粘结材料充分包裹侵润,再在槽内注满粘结材料并将其表面修复平整,如下图所示。与外粘贴型加固方法相比,嵌入法除同样具有高强,高效,耐腐蚀等诸多优点外,还有以下几个方面的优势

1、内嵌式加固具有更加良好的锚固性能;
2、纤维筋因内置而得到保护,从而提高了抗冲击性、耐久性、防火性能;
3、表面处理工作量降低,外贴加固的表面打磨工序往往耗时较长,嵌入式加固

只需要专用工具在混凝土表面剔槽,不需要大面积处理,节省工期。

 

二、嵌筋材料

嵌入式加固法所用的材料,主要包括FRP 纤维束和粘结材料。从FRP 种类上分,目前所采用的材料大部分集中在GFRP、CFRP 上,对AFRP 还少有涉及。其中,对混凝土结构的加固采用CFRP 居多,对砌体结构和木结构的加固,以GFRP 为主。

从产品类型上分,主要包括FRP 筋、条带型的FRP 板材两种形式。FRP 筋因表面形状不同,可分为光圆筋和变形筋两大类,其中变形筋包括带肋、表面螺旋缠绕FRP条带等形式。粘接材料即填入槽内材料,一般采用环氧砂浆,而不可以采用水泥砂浆(因其粘结性能不理想,破坏荷载较低)。由于FRP 筋或板条受力是通过槽内填充材料传递剪切应力,因而粘结材料及其与基材的粘结性能至关重要。

采用高性能水泥砂浆替代环氧树脂进行嵌入式加固,对于提高加固后结构耐久性、降低成本非常有益,是非常好的发展趋势。但前提要满足一定的物理和力学性能指标要求,才能保证FRP与混凝土间的可靠粘结。粘结材料与基材之间有可靠地粘结和锚固,是能够共同工作的基本前提。影响嵌入式加固粘结性能的因素很多,如FRP 材料种类、FRP 筋表面形状、粘结材料类型、槽尺寸、粘结长度、混凝土强度等等。

三、设计方法

对于单筋矩形截面,若不考虑二次受力影响,当破坏模式是混凝土被压碎控制时,由下图平截面假定、力平衡关系可以得到下式(1)(2)。其中为不考虑粘结失效破坏时纤维拉应变。当计算所得大于FRP 的设计极限拉应变时,对应破坏模式为FRP 被拉断,采取Ef 等于FRP 的抗拉强度设计值,即ffd。

 

四、注意事项

1、嵌入式纤维筋或板条与混凝土之间的粘结性能受到FRP 种类和表面形式、槽内填充材料的种类及性能、槽尺寸、净间距、混凝土边缘距离、混凝土强度等多种因素影响,还需更深的实验研究以确定局部关系。

2、嵌入纤维筋或板条是一种非常有效的结构加固方法,具有广阔的发展前景。加固量相同的纤维板条,采用嵌入式加固的效果明显优于外贴加固。使用范围有钢筋混凝土构件、素混凝土构件、木结构、砖混砌体材料等。

3、需要面对的主要问题有耐久性、嵌入深度控制、嵌入筋材及胶黏剂材料的配套等。

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