一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自上世紀(jì)我國(guó)建筑行業(yè)隨經(jīng)濟(jì)利好而大規(guī)模發(fā)展至今，大批房屋已接近設(shè)計(jì)使用年限，同時(shí)由于以往設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的不完善，經(jīng)濟(jì)、監(jiān)管水平存在不足等問題，致使我國(guó)目前大量的房屋建筑可能面臨嚴(yán)重的質(zhì)量安全問題。全部推倒重建的措施，不僅有悖于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展需求，以及節(jié)約型環(huán)保理念，也不利于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的需要。
[0003]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fibre-ReinforcedPolymer composites，簡(jiǎn)稱FRP)由于具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、抗疲勞性能好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定，常溫下耐腐性高等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用日益廣泛。其中，加固應(yīng)用最廣的是具有很高強(qiáng)度的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fibre-Reinforced Polymer composites，簡(jiǎn)稱CFRP)，其由碳纖維及一定比例的配套樹脂基體制成。
[0004]目前，碳纖維加固建筑結(jié)構(gòu)的方法通常是，使用樹脂等膠粘材料浸潤(rùn)碳纖維后，再建筑結(jié)構(gòu)膠等膠粘材料將其粘貼在結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，或制作出新的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。其中，環(huán)氧樹脂是最常用的一種纖維基體材料和膠粘劑，目前用碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法大多采用此材料粘結(jié)。環(huán)氧樹脂屬于環(huán)氧類有機(jī)物，如果遇到火災(zāi)等高溫情況，在溫度高于其玻璃化溫度時(shí)，膠粘劑發(fā)生分解或軟化，其粘結(jié)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、拉伸抗剪強(qiáng)度均急劇降低，嚴(yán)重削弱其傳遞纖維間剪力和防止纖維屈曲的能力，造成CFRP材料強(qiáng)度與剛度的降低，同時(shí)使CFRP材料與混凝土之間粘結(jié)力減弱，導(dǎo)致CFRP材料剝落而退出工作，最終使結(jié)構(gòu)破壞。研究表明，當(dāng)溫度超過120 °C時(shí)，膠粘劑抗剪強(qiáng)度比常溫時(shí)削弱80%，難以保證碳纖維與混凝土的共同工作及纖維絲之間的協(xié)同工作，嚴(yán)重影響約束效果。另外，使用環(huán)氧樹脂的還有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，此材料具有易燃性，如果在沒有任何保護(hù)措施而完全暴露在熱空氣的環(huán)境中，當(dāng)溫度達(dá)到450°C時(shí)，環(huán)氧樹脂會(huì)開始燃燒，同時(shí)釋放出黑煙和有毒氣體，產(chǎn)生二次污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決在碳纖維加固結(jié)構(gòu)件中，粘結(jié)碳纖維與結(jié)構(gòu)件的膠粘劑及纖維基體材料在火災(zāi)等高溫作用下失效，容易造成結(jié)構(gòu)承載力及耐久性的問題，提供一種耐高溫、使用壽命長(zhǎng)且綠色環(huán)保的碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件及其實(shí)現(xiàn)方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案達(dá)到:
[0007]—種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于:包括結(jié)構(gòu)件和包覆于所述結(jié)構(gòu)件外表面的碳纖維條帶，所述碳纖維條帶螺旋纏繞緊壓于所述結(jié)構(gòu)件的外表面上。
[0008]作為一種優(yōu)選的方案，所述碳纖維條帶的首端纏繞重疊不少于3圈。
[0009]作為一種優(yōu)選的方案，所述碳纖維條帶的尾端穿過不少于五圈所述碳纖維條帶，形成纏結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0010]作為一種優(yōu)選的方案，所述碳纖維條帶尾端每穿過一圈所述碳纖維條帶后，所述碳纖維條帶纏繞一圈到結(jié)構(gòu)件上。
[0011]作為一種優(yōu)選的方案，所述碳纖維條帶的徑向與水平面的夾角不大于10度。
[0012]作為一種優(yōu)選的方案，所述結(jié)構(gòu)件為梁或柱。
[0013]本發(fā)明還提供一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括以下步驟:
[0014]I)碳纖維條帶的首端進(jìn)行纏繞處理
[0015]將纖維條的首端傾斜后沿結(jié)構(gòu)件的圓周方向進(jìn)行重疊纏繞，將碳纖維條帶的首端緊壓入碳纖維條帶中；
[0016]2)碳纖維條帶沿結(jié)構(gòu)件軸向螺旋纏繞緊壓處理
[0017]將碳纖維條帶沿結(jié)構(gòu)件軸向螺旋纏繞緊壓于結(jié)構(gòu)件外表面，并且相鄰每?jī)扇μ祭w維條帶之間并列分布；
[0018]3)碳纖維條帶的尾端進(jìn)行纏結(jié)處理
[0019]將碳纖維條帶的尾端穿過不少于5圈所述碳纖維條帶，在碳纖維條帶尾端每穿過一圈碳纖維條帶后，所述碳纖維條帶纏繞一圈到結(jié)構(gòu)件上，形成多層纏結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0020 ]作為一種優(yōu)選的方案，所述碳纖維條帶的首端的傾斜長(zhǎng)度不小于I OOmm。
[0021]作為一種優(yōu)選的方案，所述碳纖維條帶的首端纏繞重疊不少于3圈。
[0022]作為一種優(yōu)選的方案，所述碳纖維條帶的徑向與水平面的夾角不大于10度。
[0023]作為一種優(yōu)選的方案，所述碳纖維條帶浸潤(rùn)有水泥漿，或水泥砂漿，或環(huán)氧樹脂。
[0024]本發(fā)明具有如下突出的有益效果:
[0025]1、本發(fā)明通過采用碳纖維條帶的自鎖固定結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行包覆而起到加固結(jié)構(gòu)件的目的，將碳纖維條帶的首端和尾端分別進(jìn)行壓入纏繞和纏結(jié)處理，實(shí)現(xiàn)自鎖錨固的目的，無需采用可燃易燃的膠粘劑作為連結(jié)，使碳纖維條帶在高溫破壞下，依然能對(duì)結(jié)構(gòu)件具有較好的約束作用，解決了粘結(jié)碳纖維與結(jié)構(gòu)件的膠粘劑及纖維基體材料在火災(zāi)等高溫作用下失效，容易造成結(jié)構(gòu)承載力下降及耐久性減弱的問題。并且由于碳纖維條帶與結(jié)構(gòu)件之間非永久性粘結(jié)，可拆卸后重新使用，節(jié)省了材料的投入成本，具有耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保和使用方便的特點(diǎn)。
[0026]2、本發(fā)明在結(jié)構(gòu)件自身受到軸向荷載時(shí)，其向外橫向膨脹，由于結(jié)構(gòu)件內(nèi)部混凝土材料的膨脹變形大于外部碳纖維條帶的變形，外部碳纖維條帶將被繃緊而緊貼結(jié)構(gòu)件，從而起到約束加固結(jié)構(gòu)件的效果。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件及其實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件及其實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]實(shí)施例1
[0032]如圖1所示，本實(shí)施例涉及一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于:包括結(jié)構(gòu)件和包覆于所述結(jié)構(gòu)件外表面的碳纖維條帶1，所述碳纖維條帶I螺旋纏繞緊壓于所述結(jié)構(gòu)件的外表面上。所述結(jié)構(gòu)件為梁或柱。
[0033]本發(fā)明通過采用碳纖維條帶I的自鎖固定結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行包覆而起到加固結(jié)構(gòu)件的目的，無需采用可燃易燃的膠粘劑作為連結(jié)，使碳纖維條帶I在高溫破壞下，碳纖維條帶I依然能對(duì)結(jié)構(gòu)件具有較好的約束作用，解決了粘結(jié)碳纖維與結(jié)構(gòu)件的膠粘劑及纖維基體材料在火災(zāi)等高溫作用下失效，容易造成結(jié)構(gòu)承載力下降及耐久性減弱的問題。并且在結(jié)構(gòu)件自身受到軸向荷載時(shí)，其向外橫向膨脹，由于結(jié)構(gòu)件內(nèi)部混凝土材料的膨脹變形大于外部碳纖維條帶I的變形，外部碳纖維條帶I將被繃緊而緊貼結(jié)構(gòu)件，從而起到約束加固結(jié)構(gòu)件的效果。
[0034]所述碳纖維條帶I的首端11纏繞重疊有至少3圈，且首端11的傾斜長(zhǎng)度不小于100mm，通過將碳纖維條帶I的首端11緊壓在纏繞的碳纖維條帶I的內(nèi)圈上，使得在建筑物結(jié)構(gòu)件自身受到軸向荷載時(shí)，碳纖維條帶I被繃緊而不會(huì)產(chǎn)生滑移和松動(dòng)，保證了碳纖維條帶I對(duì)結(jié)構(gòu)件的約束作用。
[0035]所述碳纖維條帶I的尾端12穿過不少于5圈所述碳纖維條帶I，形成纏結(jié)結(jié)構(gòu)2。更佳的，所述碳纖維條帶I尾端12每穿過一圈所述碳纖維條帶I后，所述碳纖維條帶I纏繞一圈到結(jié)構(gòu)件上。在碳纖維條帶I完全包覆于結(jié)構(gòu)件上后，為了防止在建筑物結(jié)構(gòu)件自身受到軸向荷載時(shí)碳纖維條帶I產(chǎn)生滑移和松動(dòng)，將碳纖維條帶I的尾端12與多圈碳纖維條帶I進(jìn)行纏結(jié)，起到緊固碳纖維條帶I的作用。
[0036]在碳纖維條帶I纏繞的過程中，為了使相鄰兩圈碳纖維條帶I之間能相互緊貼到結(jié)構(gòu)件上，且充分發(fā)揮纖維條帶I的單向的環(huán)向抗拉性能。所述碳纖維條帶I的徑向與水平面的夾角小于10度。
[0037]考慮結(jié)構(gòu)件的施工、搬運(yùn)和使用心理等問題，，所述碳纖維條帶I可浸潤(rùn)有水泥漿，或水泥砂漿，或環(huán)氧樹脂。
[0038]所述碳纖維條帶I的尾端設(shè)有纏結(jié)，在碳纖維條帶I的尾端出現(xiàn)滑動(dòng)的情況時(shí)，纏結(jié)起到阻擋和定位的作用。
[0039]本實(shí)施例還涉及一種碳纖維條帶I加固結(jié)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括以下步驟:
[0040]I)碳纖維條帶I的首端11進(jìn)行纏繞處理
[0041]將纖維條的首端11傾斜后沿結(jié)構(gòu)件的圓周方向進(jìn)行重疊纏繞至少3圈，將碳纖維條帶I的首端11緊壓入碳纖維條帶I中；所述碳纖維條帶I的首端11的傾斜角小于10度，所述碳纖維條帶I浸潤(rùn)有水泥漿，或水泥砂漿，或環(huán)氧樹脂。
[0042]該步驟通過將碳纖維條帶I的首端11緊壓在纏繞的碳纖維條帶I的內(nèi)圈上，使得在建筑物結(jié)構(gòu)件自身受到軸向荷載時(shí)，碳纖維條被繃緊而不會(huì)產(chǎn)生滑移和松動(dòng)，保證了碳纖維條帶I的約束效果。
[0043]2)碳纖維條帶I沿結(jié)構(gòu)件軸向螺旋纏繞緊壓處理
[0044]將碳纖維條帶I沿結(jié)構(gòu)件軸向螺旋纏繞緊壓于結(jié)構(gòu)件外表面，并且相鄰每?jī)扇μ祭w維條帶I之間并列分布;所述碳纖維條帶I的徑向與水平面的夾角不大于10度；
[0045]該步驟采用碳纖維條帶I包覆結(jié)構(gòu)件的方法，無需采用可燃易燃的膠粘劑作為連結(jié)作用，使得在高溫破壞下，碳纖維條帶I依然能對(duì)結(jié)構(gòu)件具有較好的約束作用，解決了粘結(jié)碳纖維與結(jié)構(gòu)件的膠粘劑及纖維基體材料在火災(zāi)等高溫作用下失效，容易造成結(jié)構(gòu)承載力下降及耐久性減弱的問題。并且在結(jié)構(gòu)件自身受到軸向荷載時(shí)，其向外橫向膨脹，由于結(jié)構(gòu)件內(nèi)部混凝土材料的膨脹變形大于外部碳纖維條帶I的變形，外部碳纖維條帶I將被繃緊而緊貼結(jié)構(gòu)件，從而起到約束加固結(jié)構(gòu)件的效果。
[0046]3)碳纖維條帶I的尾端12進(jìn)行纏結(jié)處理
[0047]將碳纖維條帶I的尾端12穿過不少于5圈所述碳纖維條帶1，在碳纖維條帶I尾端12每穿過一圈碳纖維條帶I后，所述碳纖維條帶I纏繞一圈到結(jié)構(gòu)件上，形成多層纏結(jié)結(jié)構(gòu)2。
[0048]該步驟在碳纖維條帶I完全包覆于結(jié)構(gòu)件上后，為了防止在建筑物結(jié)構(gòu)件自身受到軸向荷載時(shí)碳纖維條帶I產(chǎn)生滑移和松動(dòng)，通過將碳纖維條帶I的尾端12與多圈碳纖維條帶I進(jìn)行纏結(jié)，起到緊固碳纖維條帶I的作用。本發(fā)明在碳纖維條帶I包覆結(jié)構(gòu)件過程中，將碳纖維條帶I的首端和尾端分別進(jìn)行壓入纏繞和纏結(jié)處理，實(shí)現(xiàn)自鎖錨固的目的，無需采用可燃易燃的膠粘劑作為連結(jié)，即可對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行加固的作用。
[0049]實(shí)施例2
[0050]本實(shí)施例是有實(shí)施例1的基礎(chǔ)，如圖2所示，在螺紋纏繞結(jié)構(gòu)件的過程中，當(dāng)碳纖維條帶I不夠長(zhǎng)時(shí)，作為對(duì)碳纖維條帶I的改進(jìn)，如圖2所示，在第一條碳纖維條帶3的尾端32進(jìn)行步驟3)的處理后，將第一條碳纖維條帶3的尾端32與第二條碳纖維條帶4的首端41搭接，并將第二條碳纖維條帶4的首端傾斜后沿結(jié)構(gòu)件的圓周方向進(jìn)行重疊纏繞不少于3圈，將第一條碳纖維條帶3的尾端32和第二條碳纖維條帶4的首端41緊壓入第二條碳纖維條帶4中。壓入所述第二碳纖維條帶4中的所述第一條碳纖維條帶3的尾端32和第二條碳纖維條帶4的首端41的長(zhǎng)度不小于100mm。
[0051]該方法通過將第一條碳纖維條帶3的尾端32先進(jìn)行纏結(jié)處理，形成第一重緊固結(jié)構(gòu)，然后再將尾端32與第二條碳纖維條帶4的首端41搭接，將第一條碳纖維條帶3的尾端32緊壓入第二條碳纖維條帶4的首端41中，形成第二重緊固結(jié)構(gòu)，最大化保證第一條碳纖維條帶3的緊固性，防止在建筑物結(jié)構(gòu)件自身受到軸向荷載時(shí)第一碳纖維條帶3產(chǎn)生滑移和松動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩條碳纖維條帶之間的緊固連接。
[0052]以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于:包括結(jié)構(gòu)件和包覆于所述結(jié)構(gòu)件外表面的碳纖維條帶，所述碳纖維條帶螺旋纏繞緊壓于所述結(jié)構(gòu)件的外表面上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于:所述碳纖維條帶的首端纏繞重疊不少于3圈。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于:所述碳纖維條帶的尾端穿過不少于5圈所述碳纖維條帶，形成纏結(jié)結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于:所述碳纖維條帶尾端每穿過一圈所述碳纖維條帶后，所述碳纖維條帶纏繞一圈到結(jié)構(gòu)件上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于:所述碳纖維條帶的徑向與水平面的夾角不大于10度。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)件為梁或柱。7.—種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括以下步驟: 1)碳纖維條帶的首端進(jìn)行纏繞處理 將纖維條的首端傾斜后沿結(jié)構(gòu)件的圓周方向進(jìn)行重疊纏繞，將碳纖維條帶的首端緊壓入碳纖維條帶中； 2)碳纖維條帶沿結(jié)構(gòu)件軸向螺旋纏繞緊壓處理 將碳纖維條帶沿結(jié)構(gòu)件軸向螺旋纏繞緊壓于結(jié)構(gòu)件外表面，并且相鄰每?jī)扇μ祭w維條帶之間并列分布； 3)碳纖維條帶的尾端進(jìn)行纏結(jié)處理 將碳纖維條帶的尾端穿過不少于5圈所述碳纖維條帶，在碳纖維條帶尾端每穿過一圈碳纖維條帶后，所述碳纖維條帶纏繞一圈到結(jié)構(gòu)件上，形成多層纏結(jié)結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述碳纖維條帶的首端的傾斜長(zhǎng)度不小于I OOmm。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述碳纖維條帶的首端纏繞重疊不少于3圈。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述碳纖維條帶的徑向與水平面的夾角不大于10度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件，其特征在于：包括結(jié)構(gòu)件和包覆于所述結(jié)構(gòu)件外表面的碳纖維條帶，所述碳纖維條帶螺旋纏繞緊壓于所述結(jié)構(gòu)件的外表面上。還提供一種碳纖維條帶加固結(jié)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括以下步驟：1)碳纖維條帶的首端進(jìn)行纏繞處理；2)碳纖維條帶沿結(jié)構(gòu)件軸向螺旋纏繞緊壓處理；3)碳纖維條帶的尾端進(jìn)行纏結(jié)處理。本發(fā)明通過采用碳纖維條帶包覆結(jié)構(gòu)件起到加固結(jié)構(gòu)件的目的，將碳纖維條帶的首端和尾端分別進(jìn)行壓入纏繞和纏結(jié)處理，實(shí)現(xiàn)自鎖錨固的目的，無需采用可燃易燃的膠粘劑作為連結(jié)，使碳纖維條帶在高溫破壞下，依然能對(duì)結(jié)構(gòu)件具有較好的約束作用，具有耐高溫、使用壽命長(zhǎng)和綠色環(huán)保的有益效果。
【IPC分類】E04G23/02
【公開號(hào)】CN105715070
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610164869
【發(fā)明人】陳建飛, 曾嵐, 李麗娟, 彭仕暢, 陳光明
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)