一、嵌筋原理(lǐ)
将纤维束用(yòng)机械嵌入构件表面一定深度,再用(yòng)特定胶黏剂将纤维束与构件融为(wèi)一体(tǐ)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(zhōng)并轻压,静置一定时间使粘结材料充分(fēn)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(jù)有(yǒu)高强,高效,耐腐蚀等诸多(duō)优点外,还有(yǒu)以下几个方面的优势
1、内嵌式加固具(jù)有(yǒu)更加良好的锚固性能(néng);
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(néng);
3、表面处理(lǐ)工(gōng)作(zuò)量降低,外贴加固的表面打磨工(gōng)序往往耗时较长(cháng),嵌入式加固
只需要专用(yòng)工(gōng)具(jù)在混凝土表面剔槽,不需要大面积处理(lǐ),节省工(gōng)期。
二、嵌筋材料
嵌入式加固法所用(yòng)的材料,主要包括FRP 纤维束和粘结材料。从FRP 种类上分(fēn),目前所采用(yòng)的材料大部分(fēn)集中(zhōng)在GFRP、CFRP 上,对AFRP 还少有(yǒu)涉及。其中(zhōng),对混凝土结构的加固采用(yòng)CFRP 居多(duō),对砌体(tǐ)结构和木(mù)结构的加固,以GFRP 为(wèi)主。
从产(chǎn)品类型上分(fēn),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(kě)分(fēn)为(wèi)光圆筋和变形筋两大类,其中(zhōng)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(yòng)环氧砂浆,而不可(kě)以采用(yòng)水泥砂浆(因其粘结性能(néng)不理(lǐ)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(néng)至关重要。
采用(yòng)高性能(néng)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(yǒu)益,是非常好的发展趋势。但前提要满足一定的物(wù)理(lǐ)和力学(xué)性能(néng)指标要求,才能(néng)保证FRP与混凝土间的可(kě)靠粘结。粘结材料与基材之间有(yǒu)可(kě)靠地粘结和锚固,是能(néng)够共同工(gōng)作(zuò)的基本前提。影响嵌入式加固粘结性能(néng)的因素很(hěn)多(duō),如FRP 材料种类、FRP 筋表面形状、粘结材料类型、槽尺寸、粘结长(cháng)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(kě)以得到下式(1)(2)。其中(zhōng)为(wèi)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(wèi)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(néng)受到FRP 种类和表面形式、槽内填充材料的种类及性能(néng)、槽尺寸、净间距、混凝土边缘距离、混凝土强度等多(duō)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(yǒu)效的结构加固方法,具(jù)有(yǒu)广阔的发展前景。加固量相同的纤维板条,采用(yòng)嵌入式加固的效果明显优于外贴加固。使用(yòng)范围有(yǒu)钢筋混凝土构件、素混凝土构件、木(mù)结构、砖混砌体(tǐ)材料等。
3、需要面对的主要问题有(yǒu)耐久性、嵌入深度控制、嵌入筋材及胶黏剂材料的配套等。