Renforcement des poutres

1. Aperçu du projet

Un immeuble de bureaux complet dans le comté de Qijiang, ville de Chongqing a été achevé en 1999. Les problèmes suivants ont été découverts lors de l'inspection de la qualité en août 2007 :

(1) Certaines des poutres de la charpente présentent des fissures évidentes au milieu de la travée, avec des nervures exposées et une corrosion importante, entraînant des risques pour la sécurité :

(2) La résistance initiale du béton de conception est C30 et la résistance mesurée du béton se situe entre C20 et C30.

Le projet est dû à une mauvaise qualité de construction qui a affecté la résistance des composants. Cependant, l'immeuble de bureaux peut encore être utilisé après le renforcement des poutres de charpente correspondantes.

2. Analyse des performances de la feuille de fibre de carbone et détermination du plan de renforcement

2.1. Avantages de performance de la feuille de fibre de carbone

(1) Léger et haute résistance. Léger, fondamentalement n'augmente pas le poids de la structure renforcée. Haute résistance, sa résistance à la traction est d'environ 10 fois celle de l'acier. Modèle en fibre de carbone particulièrement hautement élastique, sa résistance à la traction est 68 fois supérieure à celle de l'acier et son module d'élasticité est 2,0 à 2,6 fois supérieur à celui de l'acier.

(2) Haute durabilité. Ses performances restent inchangées à une température élevée de 600~3, et il est toujours flexible à une température basse de 0°C dans un alliage d'aluminium ; il ne se corrode pas avec les acides, les alcalis et les sels dans les environnements difficiles.

(3) Bonne construction. Parce que la feuille de fibre de carbone est légère, pliable et pliable, différentes formes de composants peuvent être utilisées, et le moulage est très pratique, et plusieurs couches peuvent être collées en fonction de la force.

(4) Le coefficient de dilatation thermique est faible. Le coefficient de dilatation thermique du matériau en fibre de carbone est très faible et son coefficient de dilatation thermique dans le sens des fibres est presque égal à zéro. Cette caractéristique est inégalée par aucun autre matériau à l'heure actuelle. Bien que le coefficient de dilatation thermique perpendiculaire à la direction des fibres soit relativement important, le produit isotrope est le plus petit par rapport aux autres matériaux.

2.2. Le plan de renforcement de ce projet est déterminé

Selon les exigences technologiques de plusieurs méthodes de renforcement couramment utilisées et les conditions spécifiques du projet, et une considération globale des facteurs économiques, la méthode d'élimination est adoptée pour déterminer le plan de renforcement final.

Tout d'abord, parce que le bâtiment est principalement à usage de bureau, la hauteur des étages est faible, donc pour la méthode de la surface agrandie, cela réduira encore l'espace utilisé, ce qui n'est pas conforme à la situation réelle du projet, donc le premier est exclu.

Le second est l'armature d'acier de collage couramment utilisée. Il est nécessaire d'utiliser des boulons à expansion en caoutchouc pour fermer la plaque d'acier et la surface de la poutre en béton à une certaine distance le long de la direction longitudinale de la plaque d'acier. Cela nécessite de percer un grand nombre de trous à la surface de la poutre en béton. Comme l'immeuble de bureaux complet est à côté de la maison pour personnes âgées dans le comté de Qijiang, le bruit du forage aura inévitablement un impact sérieux sur les résidents environnants. Par conséquent, la méthode d'armature en acier de liaison est également exclue.

Troisièmement, la méthode de renforcement précontraint est également exclue en raison de ses exigences élevées en matière d'équipement de construction, de la lourdeur de la construction sur site et de son coût relativement élevé.

3. Conception de renfort de feuille de fibre de carbone

3.1. L'idéologie directrice de base de la conception des armatures de ce projet La couche protectrice en béton d'une partie des poutres du cadre de l'immeuble de bureaux complet s'est fissurée, provoquant une grave corrosion des barres d'acier, réduisant la section transversale des barres d'acier, la résistance de les barres d'acier et la force de liaison entre les barres d'acier et le béton. Dans le cas d'un renfort en fibre de carbone, le nombre de nappes longitudinales en fibre de carbone doit être calculé en fonction du degré de corrosion structurelle pour améliorer la résistance à la flexion : calculer le nombre de nappes transversales en fibre de carbone pour améliorer la résistance au cisaillement.

3.2. Longueur d'ancrage

Il existe une longueur d'ancrage efficace pour les performances de liaison entre la feuille de CFRP et le béton en termes de distribution variable ou de distribution des contraintes. On peut voir sur le graphique de la distance entre la déformation et la fissure que, à l'exception de la différence de valeur numérique, la forme de la courbe est très similaire, indiquant que la déformation et la contrainte dans la feuille de fibre de carbone se développent régulièrement. Dans le même temps, la déformation et la contrainte de liaison changent principalement de manière significative à moins de 50 mm de la fissure, ce qui peut expliquer que la longueur de liaison et d'ancrage de la feuille de fibre de carbone est d'environ 100 mm.

La largeur de la poutre du cadre et de la poutre secondaire de ce projet est de 250 mm. En remplaçant les paramètres pertinents dans la formule ci-dessus pour calculer que 2 couches de feuilles de fibre de carbone de 200 mm de large et 0,111 mm d'épaisseur doivent être collées le long du bas de la poutre. Le haut de la poutre est collé avec deux couches de feuilles de fibre de carbone de 200 mm de large et 0,111 mm d'épaisseur dans 1/3 de la portée de la poutre, et un cordon de feuille de fibre de carbone longitudinal de 100 mm de large est utilisé pour l'ancrage.