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加固材料的抗拉强度,你真的明白?

从事加固行业的你一定听过“抗拉强度”这个专业术语,抗拉强度在一定程度上反映着加固材料在结构中能够起到的加固效果。结构加固中,粘贴钢板与粘贴纤维复合材已成为使用最多的加固工艺,在对比二者时,经常会提到碳纤维布的抗拉强度能够达到钢板的8-10倍。事实上,二者在抗拉强度的问题上存在较大的差异,而这又经常会引起人们的忽略。


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金属材料的抗拉强度

 

说起金属材料的抗拉强度,就不得不提到金属材料发生破坏时的过程。金属材料例如粘钢加固中用到的钢板,发生破坏时会经历四个阶段,分别为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。

 

弹性阶段:随着荷载增加,应变随应力呈正比增加,即材料实际变形与受力存在正比例的关联。卸去荷载后,试件恢复原状,表现为弹性变形。在弹性阶段内应力与应变的比值为一常量,这一常量就是该金属材料的弹性模量


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屈服阶段:当荷载进一步增加达到材料屈服点后,金属材料应力与应变将不再呈现比例变化,变形迅速发展,金属材料达到屈服极限时所受到的拉应力,即为屈服强度。发生屈服的金属材料尽管尚未破坏但已不能满足使用要求,因此设计中一般以金属材料的屈服强度作为强度计算的取值依据


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强化阶段:金属材料屈服后,拉力会重新有所增加,抵抗塑性变形的能力会重新提高,称为强化阶段。

 

颈缩阶段:材料变形迅速增大,应力反而下降,薄弱处材料截面显著缩小,产生“颈缩现象”,直至断裂。而金属材料在这个阶段承受的最大拉应力就是它的抗拉强度

 

碳纤维复合材的抗拉强度

 

除了钢板外,碳纤维复合材也是结构加固中常用到的材料。上面提到金属材料破坏会经历四大阶段,而碳纤维布并非金属材料的范畴,因此并不具备金属材料的破坏特征。碳纤维布从受力至破坏的过程中,一直处于弹性阶段,其最终破坏时受到的最大拉应力即为抗拉强度。


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而对于碳纤维板,由碳纤维原丝浸渍树脂拉挤成型的另一种碳纤维复合材来说,受力过程中同样处于弹性阶段。而碳纤维板受加工工艺影响,抗拉强度会存在较大的差异,目前来看,卡本碳纤维板通过制作工艺的不断完善,能够充分发挥碳纤维板中每一根原丝的强度,做到行业内唯一一家3200MPa“爆炸式破坏”。


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抗拉强度的细节差异,也令加固材料在实际加固中的表现不同。当基材混凝土达到抗拉强度发生破坏退出工作后,在荷载不断加大的过程中,由于钢板存在较大的变形,因此相对于碳纤维复合材,破坏预兆要相对强烈些。除此之外,高抗拉强度还需要足够的截面面积才能对承载力起到有效地提升,在结构加固中需要引起注意。

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