一种碳纤维条带加固结构件及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑技术领域，尤其是一种碳纤维条带加固结构件及其实现方法。
【背景技术】
[0002]自上世纪我国建筑行业随经济利好而大规模发展至今，大批房屋已接近设计使用年限，同时由于以往设计、施工技术的不完善，经济、监管水平存在不足等问题，致使我国目前大量的房屋建筑可能面临严重的质量安全问题。全部推倒重建的措施，不仅有悖于社会可持续发展需求，以及节约型环保理念，也不利于我国现代化建设的需要。
[0003]纤维增强复合材料(Fibre-ReinforcedPolymer composites，简称FRP)由于具有高强、轻质、抗疲劳性能好、可设计性强、结构尺寸稳定，常温下耐腐性高等特点，在建筑结构加固中应用日益广泛。其中，加固应用最广的是具有很高强度的碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-Reinforced Polymer composites，简称CFRP)，其由碳纤维及一定比例的配套树脂基体制成。
[0004]目前，碳纤维加固建筑结构的方法通常是，使用树脂等胶粘材料浸润碳纤维后，再建筑结构胶等胶粘材料将其粘贴在结构构件表面，对结构构件进行加固补强，或制作出新的组合结构构件。其中，环氧树脂是最常用的一种纤维基体材料和胶粘剂，目前用碳纤维加固结构构件的方法大多采用此材料粘结。环氧树脂属于环氧类有机物，如果遇到火灾等高温情况，在温度高于其玻璃化温度时，胶粘剂发生分解或软化，其粘结强度、抗拉强度、拉伸抗剪强度均急剧降低，严重削弱其传递纤维间剪力和防止纤维屈曲的能力，造成CFRP材料强度与刚度的降低，同时使CFRP材料与混凝土之间粘结力减弱，导致CFRP材料剥落而退出工作，最终使结构破坏。研究表明，当温度超过120 °C时，胶粘剂抗剪强度比常温时削弱80%，难以保证碳纤维与混凝土的共同工作及纤维丝之间的协同工作，严重影响约束效果。另外，使用环氧树脂的还有一个明显的缺点，此材料具有易燃性，如果在没有任何保护措施而完全暴露在热空气的环境中，当温度达到450°C时，环氧树脂会开始燃烧，同时释放出黑烟和有毒气体，产生二次污染。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决在碳纤维加固结构件中，粘结碳纤维与结构件的胶粘剂及纤维基体材料在火灾等高温作用下失效，容易造成结构承载力及耐久性的问题，提供一种耐高温、使用寿命长且绿色环保的碳纤维条带加固结构件及其实现方法。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案达到:
[0007]—种碳纤维条带加固结构件，其特征在于:包括结构件和包覆于所述结构件外表面的碳纤维条带，所述碳纤维条带螺旋缠绕紧压于所述结构件的外表面上。
[0008]作为一种优选的方案，所述碳纤维条带的首端缠绕重叠不少于3圈。
[0009]作为一种优选的方案，所述碳纤维条带的尾端穿过不少于五圈所述碳纤维条带，形成缠结结构。
[0010]作为一种优选的方案，所述碳纤维条带尾端每穿过一圈所述碳纤维条带后，所述碳纤维条带缠绕一圈到结构件上。
[0011]作为一种优选的方案，所述碳纤维条带的径向与水平面的夹角不大于10度。
[0012]作为一种优选的方案，所述结构件为梁或柱。
[0013]本发明还提供一种碳纤维条带加固结构件的实现方法，其特征在于包括以下步骤:
[0014]I)碳纤维条带的首端进行缠绕处理
[0015]将纤维条的首端倾斜后沿结构件的圆周方向进行重叠缠绕，将碳纤维条带的首端紧压入碳纤维条带中；
[0016]2)碳纤维条带沿结构件轴向螺旋缠绕紧压处理
[0017]将碳纤维条带沿结构件轴向螺旋缠绕紧压于结构件外表面，并且相邻每两圈碳纤维条带之间并列分布；
[0018]3)碳纤维条带的尾端进行缠结处理
[0019]将碳纤维条带的尾端穿过不少于5圈所述碳纤维条带，在碳纤维条带尾端每穿过一圈碳纤维条带后，所述碳纤维条带缠绕一圈到结构件上，形成多层缠结结构。
[0020 ]作为一种优选的方案，所述碳纤维条带的首端的倾斜长度不小于I OOmm。
[0021]作为一种优选的方案，所述碳纤维条带的首端缠绕重叠不少于3圈。
[0022]作为一种优选的方案，所述碳纤维条带的径向与水平面的夹角不大于10度。
[0023]作为一种优选的方案，所述碳纤维条带浸润有水泥浆，或水泥砂浆，或环氧树脂。
[0024]本发明具有如下突出的有益效果:
[0025]1、本发明通过采用碳纤维条带的自锁固定结构对结构件进行包覆而起到加固结构件的目的，将碳纤维条带的首端和尾端分别进行压入缠绕和缠结处理，实现自锁锚固的目的，无需采用可燃易燃的胶粘剂作为连结，使碳纤维条带在高温破坏下，依然能对结构件具有较好的约束作用，解决了粘结碳纤维与结构件的胶粘剂及纤维基体材料在火灾等高温作用下失效，容易造成结构承载力下降及耐久性减弱的问题。并且由于碳纤维条带与结构件之间非永久性粘结，可拆卸后重新使用，节省了材料的投入成本，具有耐高温、使用寿命长、绿色环保和使用方便的特点。
[0026]2、本发明在结构件自身受到轴向荷载时，其向外横向膨胀，由于结构件内部混凝土材料的膨胀变形大于外部碳纤维条带的变形，外部碳纤维条带将被绷紧而紧贴结构件，从而起到约束加固结构件的效果。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本发明一种碳纤维条带加固结构件及其实现方法的实施例1的结构示意图；
[0029]图2是本发明一种碳纤维条带加固结构件及其实现方法的实施例2的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，本实施例涉及一种碳纤维条带加固结构件，其特征在于:包括结构件和包覆于所述结构件外表面的碳纤维条带1，所述碳纤维条带I螺旋缠绕紧压于所述结构件的外表面上。所述结构件为梁或柱。
[0033]本发明通过采用碳纤维条带I的自锁固定结构对结构件进行包覆而起到加固结构件的目的，无需采用可燃易燃的胶粘剂作为连结，使碳纤维条带I在高温破坏下，碳纤维条带I依然能对结构件具有较好的约束作用，解决了粘结碳纤维与结构件的胶粘剂及纤维基体材料在火灾等高温作用下失效，容易造成结构承载力下降及耐久性减弱的问题。并且在结构件自身受到轴向荷载时，其向外横向膨胀，由于结构件内部混凝土材料的膨胀变形大于外部碳纤维条带I的变形，外部碳纤维条带I将被绷紧而紧贴结构件，从而起到约束加固结构件的效果。
[0034]所述碳纤维条带I的首端11缠绕重叠有至少3圈，且首端11的倾斜长度不小于100mm，通过将碳纤维条带I的首端11紧压在缠绕的碳纤维条带I的内圈上，使得在建筑物结构件自身受到轴向荷载时，碳纤维条带I被绷紧而不会产生滑移和松动，保证了碳纤维条带I对结构件的约束作用。
[0035]所述碳纤维条带I的尾端12穿过不少于5圈所述碳纤维条带I，形成缠结结构2。更佳的，所述碳纤维条带I尾端12每穿过一圈所述碳纤维条带I后，所述碳纤维条带I缠绕一圈到结构件上。在碳纤维条带I完全包覆于结构件上后，为了防止在建筑物结构件自身受到轴向荷载时碳纤维条带I产生滑移和松动，将碳纤维条带I的尾端12与多圈碳纤维条带I进行缠结，起到紧固碳纤维条带I的作用。
[0036]在碳纤维条带I缠绕的过程中，为了使相邻两圈碳纤维条带I之间能相互紧贴到结构件上，且充分发挥纤维条带I的单向的环向抗拉性能。所述碳纤维条带I的径向与水平面的夹角小于10度。
[0037]考虑结构件的施工、搬运和使用心理等问题，，所述碳纤维条带I可浸润有水泥浆，或水泥砂浆，或环氧树脂。
[0038]所述碳纤维条带I的尾端设有缠结，在碳纤维条带I的尾端出现滑动的情况时，缠结起到阻挡和定位的作用。
[0039]本实施例还涉及一种碳纤维条带I加固结构件的实现方法，其特征在于包括以下步骤:
[0040]I)碳纤维条带I的首端11进行缠绕处理
[0041]将纤维条的首端11倾斜后沿结构件的圆周方向进行重叠缠绕至少3圈，将碳纤维条带I的首端11紧压入碳纤维条带I中；所述碳纤维条带I的首端11的倾斜角小于10度，所述碳纤维条带I浸润有水泥浆，或水泥砂浆，或环氧树脂。
[0042]该步骤通过将碳纤维条带I的首端11紧压在缠绕的碳纤维条带I的内圈上，使得在建筑物结构件自身受到轴向荷载时，碳纤维条被绷紧而不会产生滑移和松动，保证了碳纤维条带I的约束效果。
[0043]2)碳纤维条带I沿结构件轴向螺旋缠绕紧压处理
[0044]将碳纤维条带I沿结构件轴向螺旋缠绕紧压于结构件外表面，并且相邻每两圈碳纤维条带I之间并列分布;所述碳纤维条带I的径向与水平面的夹角不大于10度；
[0045]该步骤采用碳纤维条带I包覆结构件的方法，无需采用可燃易燃的胶粘剂作为连结作用，使得在高温破坏下，碳纤维条带I依然能对结构件具有较好的约束作用，解决了粘结碳纤维与结构件的胶粘剂及纤维基体材料在火灾等高温作用下失效，容易造成结构承载力下降及耐久性减弱的问题。并且在结构件自身受到轴向荷载时，其向外横向膨胀，由于结构件内部混凝土材料的膨胀变形大于外部碳纤维条带I的变形，外部碳纤维条带I将被绷紧而紧贴结构件，从而起到约束加固结构件的效果。
[0046]3)碳纤维条带I的尾端12进行缠结处理
[0047]将碳纤维条带I的尾端12穿过不少于5圈所述碳纤维条带1，在碳纤维条带I尾端12每穿过一圈碳纤维条带I后，所述碳纤维条带I缠绕一圈到结构件上，形成多层缠结结构2。
[0048]该步骤在碳纤维条带I完全包覆于结构件上后，为了防止在建筑物结构件自身受到轴向荷载时碳纤维条带I产生滑移和松动，通过将碳纤维条带I的尾端12与多圈碳纤维条带I进行缠结，起到紧固碳纤维条带I的作用。本发明在碳纤维条带I包覆结构件过程中，将碳纤维条带I的首端和尾端分别进行压入缠绕和缠结处理，实现自锁锚固的目的，无需采用可燃易燃的胶粘剂作为连结，即可对结构件进行加固的作用。
[0049]实施例2
[0050]本实施例是有实施例1的基础，如图2所示，在螺纹缠绕结构件的过程中，当碳纤维条带I不够长时，作为对碳纤维条带I的改进，如图2所示，在第一条碳纤维条带3的尾端32进行步骤3)的处理后，将第一条碳纤维条带3的尾端32与第二条碳纤维条带4的首端41搭接，并将第二条碳纤维条带4的首端倾斜后沿结构件的圆周方向进行重叠缠绕不少于3圈，将第一条碳纤维条带3的尾端32和第二条碳纤维条带4的首端41紧压入第二条碳纤维条带4中。压入所述第二碳纤维条带4中的所述第一条碳纤维条带3的尾端32和第二条碳纤维条带4的首端41的长度不小于100mm。
[0051]该方法通过将第一条碳纤维条带3的尾端32先进行缠结处理，形成第一重紧固结构，然后再将尾端32与第二条碳纤维条带4的首端41搭接，将第一条碳纤维条带3的尾端32紧压入第二条碳纤维条带4的首端41中，形成第二重紧固结构，最大化保证第一条碳纤维条带3的紧固性，防止在建筑物结构件自身受到轴向荷载时第一碳纤维条带3产生滑移和松动，实现两条碳纤维条带之间的紧固连接。
[0052]以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【主权项】
1.一种碳纤维条带加固结构件，其特征在于:包括结构件和包覆于所述结构件外表面的碳纤维条带，所述碳纤维条带螺旋缠绕紧压于所述结构件的外表面上。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维条带加固结构件，其特征在于:所述碳纤维条带的首端缠绕重叠不少于3圈。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维条带加固结构件，其特征在于:所述碳纤维条带的尾端穿过不少于5圈所述碳纤维条带，形成缠结结构。4.根据权利要求3所述的一种碳纤维条带加固结构件，其特征在于:所述碳纤维条带尾端每穿过一圈所述碳纤维条带后，所述碳纤维条带缠绕一圈到结构件上。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维条带加固结构件，其特征在于:所述碳纤维条带的径向与水平面的夹角不大于10度。6.根据权利要求1至5任一所述的一种碳纤维条带加固结构件，其特征在于:所述结构件为梁或柱。7.—种碳纤维条带加固结构件的实现方法，其特征在于包括以下步骤: 1)碳纤维条带的首端进行缠绕处理 将纤维条的首端倾斜后沿结构件的圆周方向进行重叠缠绕，将碳纤维条带的首端紧压入碳纤维条带中； 2)碳纤维条带沿结构件轴向螺旋缠绕紧压处理 将碳纤维条带沿结构件轴向螺旋缠绕紧压于结构件外表面，并且相邻每两圈碳纤维条带之间并列分布； 3)碳纤维条带的尾端进行缠结处理 将碳纤维条带的尾端穿过不少于5圈所述碳纤维条带，在碳纤维条带尾端每穿过一圈碳纤维条带后，所述碳纤维条带缠绕一圈到结构件上，形成多层缠结结构。8.根据权利要求7所述的一种碳纤维条带加固结构件的实现方法，其特征在于:所述碳纤维条带的首端的倾斜长度不小于I OOmm。9.根据权利要求7所述的一种碳纤维条带加固结构件的实现方法，其特征在于:所述碳纤维条带的首端缠绕重叠不少于3圈。10.根据权利要求7所述的一种碳纤维条带加固结构件的实现方法，其特征在于:所述碳纤维条带的径向与水平面的夹角不大于10度。
【专利摘要】本发明涉及一种碳纤维条带加固结构件，其特征在于：包括结构件和包覆于所述结构件外表面的碳纤维条带，所述碳纤维条带螺旋缠绕紧压于所述结构件的外表面上。还提供一种碳纤维条带加固结构件的实现方法，其特征在于包括以下步骤：1)碳纤维条带的首端进行缠绕处理；2)碳纤维条带沿结构件轴向螺旋缠绕紧压处理；3)碳纤维条带的尾端进行缠结处理。本发明通过采用碳纤维条带包覆结构件起到加固结构件的目的，将碳纤维条带的首端和尾端分别进行压入缠绕和缠结处理，实现自锁锚固的目的，无需采用可燃易燃的胶粘剂作为连结，使碳纤维条带在高温破坏下，依然能对结构件具有较好的约束作用，具有耐高温、使用寿命长和绿色环保的有益效果。
【IPC分类】E04G23/02
【公开号】CN105715070
【申请号】CN201610164869
【发明人】陈建飞, 曾岚, 李丽娟, 彭仕畅, 陈光明
【申请人】广东工业大学