การเสริมแรงโรงงานคอนกรีต

1. ภาพรวมโครงการ

อาคารโรงงานในเขตอุตสาหกรรมเดิมเป็นโครงสร้างโครงสร้างสูง 8 ชั้น ส่วนของเสาคอนกรีตเสริมเหล็กมีขนาด 500 x 500 มม. และมีความแข็งแรงของคอนกรีตอยู่ที่ C30 เหล็กเส้น 25-Level II จำนวน 12 เส้นถูกจัดวางตามแนวรอบของเสา โครงการเสริมกำลังโรงงานได้รับการทดสอบแล้วว่าไม่สามารถตอบสนองความต้องการของโครงสร้างเดิมในด้านการรับน้ำหนักและการเสริมแรงแผ่นดินไหวได้ หลังจากการออกแบบโครงสร้างเสริมแรงของสถาบันวิจัยและออกแบบแล้ว มีแผนที่จะใช้เทคโนโลยีเสริมแรงคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อเสริมความแข็งแรงดัดของชั้น 1-2 บางส่วน ในขณะเดียวกัน เนื่องจากการกัดเซาะของกรด ด่าง และก๊าซอื่นๆ ในระยะยาว ชั้นป้องกันคอนกรีตจึงหลุดลอกออกบางส่วน และซี่โครงก็เกิดสนิมบางส่วน จำเป็นต้องเสริมความแข็งแรงของคอนกรีตในแนวนอน

2. กำหนดแผนการเสริมกำลัง

หลังจากการวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบ ได้มีการตัดสินใจใช้วิธีการวางผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวเพื่อปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนักและความเหนียวของเสา สำหรับโครงการนี้ การใช้เทคโนโลยีเสริมแรงนี้เป็นหลักเนื่องจากผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวและวิธีการยึดติดเหล็กมีข้อดีดังต่อไปนี้:

2.1. มีความแข็งแรงสูง บางและเบา แทบไม่เพิ่มน้ำหนักโครงสร้างและขนาดหน้าตัด ความแข็งแรงของแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์สูงกว่าเหล็กที่มีหน้าตัดเท่ากันถึง 7-10 เท่า ความหนาของแผ่นสำเร็จรูปเพียง 0.111-0.333 มม. และมีความหนาแน่นรวม 1/4-1/5 ของเหล็ก มีความยืดหยุ่น ตัดง่าย และใช้งานได้หลากหลาย เหมาะสำหรับทุกรูปทรง

2.2. ป้องกันการกัดกร่อนของกรด ด่าง และเกลือ ทนทานต่อความล้า ทนต่อการคืบคลาน ขนาดวัสดุคงที่ การเสริมแรงช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและความทนทานของโครงสร้างได้อย่างมาก และสามารถนำไปใช้เสริมแรงส่วนประกอบต่างๆ ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่หลากหลาย

2.3. การก่อสร้างง่ายและรวดเร็ว แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวสามารถติดและพันบนพื้นผิวอาคารได้โดยตรง กระบวนการนี้ง่าย ไม่ต้องใช้แบบหล่อและอุปกรณ์ยกขนาดใหญ่ ความต้องการพื้นที่ก่อสร้างต่ำ เหมาะสำหรับการใช้งานในพื้นที่แคบ ใช้งานง่ายและประหยัด

2.4 สามารถปิดรอยแตกร้าวของโครงสร้างคอนกรีตได้อย่างมีประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของโครงสร้าง

2.5 การใช้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวสำหรับการเสริมแรงสามารถรักษารูปลักษณ์ของโครงสร้างเดิมได้มากที่สุด โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการตกแต่งพื้นผิวและลดร่องรอยการซ่อมแซม

การคำนวณการออกแบบ: โครงการนี้เป็นโครงสร้างโครงเหล็กที่มีระดับแรงสั่นสะเทือนระดับ 2, หน้าตัดเสาขนาด 500x500, คานยึดเดิมขนาด 8@200, คอนกรีตเกรด C30 และอัตราส่วนแรงอัดตามแนวแกนของเสาปัจจุบันอยู่ที่ 0.9 การวางผ้าคาร์บอนไฟเบอร์สองชั้นในแนวนอนทำให้อัตราส่วนแรงอัดตามแนวแกนลดลงเหลือไม่เกิน 0.8 ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐานแรงสั่นสะเทือน กระบวนการคำนวณมีดังนี้: ไม่พิจารณาอิทธิพลของการเสริมแรงตามแนวยาวของเสา

A_s=bh-(4-1π)R_c²=249463mm²

K_s=(blh) [ 1-[ (b/h) (h-2R_c)²+(b/h) (b-2R_c)]／(3A_g-p_s/1-p_s)=0.46,

การใช้ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบสองชั้น: ชั้นแรกวางตามแนวยาวตามแนวแกนของเสาเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการดัดของเสา ชั้นที่สองจะพันรอบเสาด้านข้างเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงอัด ความเหนียว และประสิทธิภาพในการป้องกันแผ่นดินไหวของเสา เมื่อพิจารณาว่าเมื่อใช้ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ในปริมาณเท่ากัน การพันแบบแถบจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าการพันแบบทั้งผืน ในขณะเดียวกัน เมื่อรวมกับขนาดหน้าตัดของเสาแล้ว จึงตัดสินใจติดผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความกว้าง 300 มม. บนพื้นผิวแต่ละด้านตามแนวแกนของเสา และมีความยาวซ้อนทับ 250 มม. พันผ้าคาร์บอนไฟเบอร์กว้าง 300 มม. ทุกๆ 100 มม. ตามแนวความสูงของเสา โดยมีความยาวซ้อนทับ 250 มม.

3. กระบวนการก่อสร้างวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์และข้อกำหนดการดำเนินงาน

ขั้นตอนการทำงานมีดังนี้: การเตรียมการก่อนการก่อสร้าง การปรับสภาพพื้นผิวคอนกรีต การเคลือบสีรองพื้น การปรับระดับ การฉาบ และการปกป้อง

4. การประยุกต์ใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวอื่นๆ ในการเสริมแรงโครงสร้างคอนกรีต

เทคโนโลยีการเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนไม่เพียงแต่สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับการเสริมแรงโครงสร้างคอนกรีตในงานวิศวกรรมที่อยู่อาศัย วิศวกรรมรถไฟ วิศวกรรมทางหลวง วิศวกรรมสะพาน วิศวกรรมท่าเรือ วิศวกรรมอนุรักษ์น้ำและพลังงานน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเสริมแรงโครงสร้างก่ออิฐและโครงสร้างไม้อีกด้วย การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีโครงสร้างคอนกรีตเสริมแรงด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ในงานวิศวกรรม ได้แก่:

4.1. เสริมความแข็งแรงบริเวณรับแรงดึงของคาน แผ่นพื้น และส่วนโค้งอื่นๆ (ส่วนล่างของช่วง ส่วนบนของคานต่อเนื่อง และส่วนรองรับแผ่นพื้น) การเสริมความแข็งแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์จะช่วยเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของส่วนโค้ง รอยแตกร้าวในบริเวณรับแรงดึงสามารถอุดด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์หลังจากอุดรอยต่อเพื่อควบคุมการขยายตัวของรอยแตกร้าว นอกจากนี้ สำหรับการเสริมความแข็งแรงส่วนโค้ง ยังสามารถใช้วิธีการอัดแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเสริมแรงได้อีกด้วย

4.2. การเสริมแรงเฉือนของคาน: สำหรับรอยแตกร้าวเฉียงที่เกิดจากแรงดึงหลัก แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์จะถูกวางบนแกนแนวตั้งของด้านคาน และสามารถยึดแผ่นไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวไขว้กันได้หากจำเป็น

4.3. สำหรับโครงสร้างเสาเข็ม ให้ใช้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวติดในตำแหน่งที่เหล็กเสริมหลักหรือเหล็กเสริมยึดเสาไม่เพียงพอ เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์สามารถยับยั้งการเสียรูปด้านข้างของเสาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความเหนียวของเสาเข็ม จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันแผ่นดินไหว

4.4. ผนังรับแรงเฉือนจะถูกแปะด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ตามทิศทางของเหล็กเสริมแรงเฉือนด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้าน

4.5. โครงสร้างสูง (เช่น เบคอน ไซโล หอส่งน้ำ) - คล้ายกับเงื่อนไขแรงและวิธีการเสริมแรงของเสา

4.6. ผนังด้านข้างของสระว่ายน้ำและถังแก๊ส - เสริมแรงด้วยแรงดึง

4.7. ท่อระบายน้ำและอุโมงค์ - เสริมแรงดัดและแรงดึงภายใต้สภาวะแรงที่ผิดปกติ

4.8. ฟังก์ชันการปิดผนึก - แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวจะถูกแปะลงบนรอยต่อเพื่อให้คาร์บอนไฟเบอร์และคอนกรีตทำงานร่วมกันเพื่อยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบคอนกรีต