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嵌筋技術

一、嵌筋原理

將纖維束用機械嵌入構件表面一定深度,再用特定膠黏劑將纖維束與構件融為一體共同受力,達到加固補強的目的。通常做法是,在待加固構件的表面剔出V 形或U 形槽,在槽內先注入約1/2 深度的粘結材料,將纖維筋或板條放入槽中并輕壓,靜置一定時間使粘結材料充分包裹侵潤,再在槽內注滿粘結材料并將其表面修復平整,如下圖所示。與外粘貼型加固方法相比,嵌入法除同樣具有高強,高效,耐腐蝕等諸多優點外,還有以下幾個方面的優勢

1、內嵌式加固具有更加良好的錨固性能;
2、纖維筋因內置而得到保護,從而提高了抗沖擊性、耐久性、防火性能;
3、表面處理工作量降低,外貼加固的表面打磨工序往往耗時較長,嵌入式加固

只需要專用工具在混凝土表面剔槽,不需要大面積處理,節省工期。

 

二、嵌筋材料

嵌入式加固法所用的材料,主要包括FRP 纖維束和粘結材料。從FRP 種類上分,目前所采用的材料大部分集中在GFRP、CFRP 上,對AFRP 還少有涉及。其中,對混凝土結構的加固采用CFRP 居多,對砌體結構和木結構的加固,以GFRP 為主。

從產品類型上分,主要包括FRP 筋、條帶型的FRP 板材兩種形式。FRP 筋因表面形狀不同,可分為光圓筋和變形筋兩大類,其中變形筋包括帶肋、表面螺旋纏繞FRP條帶等形式。粘接材料即填入槽內材料,一般采用環氧砂漿,而不可以采用水泥砂漿(因其粘結性能不理想,破壞荷載較低)。由于FRP 筋或板條受力是通過槽內填充材料傳遞剪切應力,因而粘結材料及其與基材的粘結性能至關重要。

采用高性能水泥砂漿替代環氧樹脂進行嵌入式加固,對于提高加固后結構耐久性、降低成本非常有益,是非常好的發展趨勢。但前提要滿足一定的物理和力學性能指標要求,才能保證FRP與混凝土間的可靠粘結。粘結材料與基材之間有可靠地粘結和錨固,是能夠共同工作的基本前提。影響嵌入式加固粘結性能的因素很多,如FRP 材料種類、FRP 筋表面形狀、粘結材料類型、槽尺寸、粘結長度、混凝土強度等等。

三、設計方法

對于單筋矩形截面,若不考慮二次受力影響,當破壞模式是混凝土被壓碎控制時,由下圖平截面假定、力平衡關系可以得到下式(1)(2)。其中為不考慮粘結失效破壞時纖維拉應變。當計算所得大于FRP 的設計極限拉應變時,對應破壞模式為FRP 被拉斷,采取Ef 等于FRP 的抗拉強度設計值,即ffd。

 

四、注意事項

1、嵌入式纖維筋或板條與混凝土之間的粘結性能受到FRP 種類和表面形式、槽內填充材料的種類及性能、槽尺寸、凈間距、混凝土邊緣距離、混凝土強度等多種因素影響,還需更深的實驗研究以確定局部關系。

2、嵌入纖維筋或板條是一種非常有效的結構加固方法,具有廣闊的發展前景。加固量相同的纖維板條,采用嵌入式加固的效果明顯優于外貼加固。使用范圍有鋼筋混凝土構件、素混凝土構件、木結構、磚混砌體材料等。

3、需要面對的主要問題有耐久性、嵌入深度控制、嵌入筋材及膠黏劑材料的配套等。

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