碳纤维布加固混凝土梁抗弯强度计算及施工规程建议.docx
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碳纤维布加固混凝土梁抗弯强度计算及施工规程建议
碳纤维布加固混凝土梁抗弯强度计算及施工规程建议
碳纤维布加固混凝土梁抗弯强度计算及施工规程建议
碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的抗震性能试验研究
同济大学土木工程学院
屈文俊张誉
摘要:
碳纤维加固混凝土梁的计算理论和施工操作规范,是碳纤维加固混凝土梁走向规范化和科学化的基础。
本文依据三根粘贴碳纤维布混凝土梁的抗弯试验,建议了碳纤维加固混凝土梁的抗弯强度计算方法,依实际施工经验,提出了碳纤维布加固混凝土梁的施工规程建议。
关键词:
碳纤维布加固梁,抗弯强度,施工规程
前言:
混凝土结构工程新千年所面临的主要问题之一是:
既有混凝土结构的加固和修复。
粘贴碳纤维布加固技术,是近十年在日本首先应用和发展的,已有一千多个工程实例。
该方法的主要优点表现在:
1、性能稳定,一般无腐蚀问题。
2、重量轻,不增加结构静载。
3、强度高。
4、容易手工操作,不需专门机械设备。
5、施工无灰尘和噪声污染,并可不间断生产运营。
目前,在我国已有不少单位在研究碳纤维粘贴布的计算方法,已有不少工程实例。
同济大学在接收生产任务的同时,针对性地做了一系列试验,如环向粘贴碳纤维布间接提高柱的抗压承载能力试验,加固混凝土梁的抗弯试验和抗剪试验,为工程应用起到指导作用。
本文的主要目的是探讨粘贴碳纤维布混凝土梁的抗弯计算方法以及总结粘贴碳纤维布的施工操作方法。
试验研究:
在同济大学建工系结构试验室进行了三根梁的试验,其中二根梁贴碳纤维布加固,为对比试验,一根梁没有粘贴碳纤维布。
三根试验梁(L-1,L-2a,L-2b)的截面特性见表1,试验梁浇筑日期:
99年10月21-22日,水泥:
砂:
石子=26:
48:
97;贴碳纤维布日期:
99年11月16日;
碳纤维布为上海同砼碳纤维布有限公司生产的“同砼”牌无纺单向碳纤维布,试验梁的加固工作在试验室内进行,为了与实际加固施工现场操作相一致,操作人员上仰操作,加固操作程序为:
打底胶、批胶泥、上胶、贴碳纤维布、罩面胶。
静载试验日期:
99年11月18-11月21日
(一)、加荷装置示意
(二)、材料性能
混凝土、钢筋的材料性能见表1。
碳纤维布的规格:
0.1×45mm,极限抗拉强度:
3600Mpa,弹性模量
235Gpa。
(三)、试验结果
1、破坏特性:
二根(L-2a,L-2b)贴碳纤维布梁的破坏为:
受拉钢筋首先屈服,而后加固梁表现出较大的塑性,最后碳纤维布拉断;一根(L-1)没有采用加固措施试验梁的破坏为:
受拉钢筋屈服破坏。
2、加固效果对比
计算结果见表1。
图2.荷载-跨中挠度曲线
表1.试验梁截面特性及试验结果
试验梁编号
截面b×h(mm×mm)
立方体强度MPa
As(As’=0)mm×mm
as
钢筋屈服强度fy(Mpa)
钢筋极限强度fy(Mpa)
梁截面极限弯矩Mu(KN-m)
未加固截面计算极限弯矩Mj1(KN-m)
粘贴层数×条数
加固后截面计算极限弯矩Mj2(KN-m)
截面极限强度提高率%
Mu/Mj2
破坏特性
L-1
150×250
33.7
226
21
285
410
14.7
14.26
无
-
0
钢筋屈服
L-2a
150×250
33.2
226
21
285
410
22.05
14.25
单层
21.92
54.7
1.015
碳纤维拉断
L-2b
150×250
35.0
226
21
285
410
20.3
14.28
单层
21.98
42.2
0.932
碳纤维拉断
(四)结论
1、加固后的试验梁,皆由于碳纤维布的拉断而破坏,说明粘结性能良好,加固方法可靠,能够满足结构设
计要求。
2、加固后试验梁的截面破坏弯矩,比加固前试验梁的截面破坏计算弯矩提高42-54.7%,说明加固效果明
显。
3、碳纤维的弹性模量与钢筋相近,但由于其强度高,充分发挥碳纤维的强度需要较大的应变。
1、碳纤维布加固梁抗弯强度计算
依据加固试验梁的破坏特性,在极限状态下,受拉钢筋屈服,破坏由碳纤维拉断诱发,参照现行混凝土结构设计规范抗弯设计计算的基本原理,假定:
1、混凝土梁受弯后,变形规律符合平截面;
2、钢筋为理想弹塑性材料;
3、混凝土的应力-应变关系采用《混凝土结构设计规范》所建议的关系式;在极限状态下,受压区混凝土
应力等效为矩形应力块,应力强度为混凝土的弯曲抗压强度;
4、忽略混凝土的抗拉强度;
5、在极限状态下,碳纤维的应力达抗拉设计强度。
在极限状态下,加固梁的截面应力图由图3所示。
图中,Mu—截面极限弯矩;As,As’—受拉受压钢筋面积,fY,fY’—钢筋抗拉、抗压设计强度:
ACF—碳纤维截面面积;fCF—碳纤维的抗拉设计强度,建议取极限抗拉强度的0.8倍。
图3所示截面的平衡方程为:
ΣFx=0
Asfy+AcFfcf-A’sf’y-bxfcm=0
(1)
ΣMAS(F)=0
M=bxfcm(ho-x/2)+A’sf’y(ho-a’s)+AcFfcFas
(2)
将试验梁材料的实际强度代入
(1)和
(2),可计算出梁的极限破坏弯矩,见表1。
实际梁截面破坏弯矩Mu与加固后截面计算极限弯矩比值的平均数为0.9735,说明计算方法可靠。
四、碳纤维布加固修补结构施工及验收建议
总则
第1.0.1条碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的加固技术,主要用于混凝土结构的加固与修补工程。
为
确保该项技术应用的工程质量,提高施工管理水平,特制订本规范。
第1.0.2条本规范适用于因设计或施工不当、材料质量不符合要求、使用功能改变、遭受灾害以及耐久性原
因而需对钢筋混凝土、预应力混凝土及素混凝土结构进行加固修补的施工及验收。
第1.0.3条加固修补所使用的碳纤维布和胶粘剂,应按设计要求选用,并应符合现行材料标准的规定。
对材
料质量发生怀疑时,应进行抽样检查,合格后方可使用。
第1.0.4条碳纤维布加固修补施工的环境温度,应按胶粘剂产品说明要求。
第1.0.5条碳纤维布加固修补施工安全技术、劳动保护、防火、防毒等的要求,应按国家现行的有关规范执
行。
其材料堆放应注意安全防火。
胶粘剂的配置
第2.0.1条将原材料按不同配合比称量准确,分别配置底涂胶料、整平胶料及粘结胶料。
先将稀释剂加入聚合物主料内搅拌均匀,再将填料加入继续搅拌至均匀,最后加入固化剂,充分搅拌后即可使用。
第2.0.2条配置胶料时应注意以下事项:
底涂胶料每次配置量以1-2公斤为宜;整平胶料每次配置量以0.5-1公斤为宜;粘结胶料每次配置量以1-2公斤为宜。
第2.0.3条所有胶料要求于1小时内施工完毕。
施工要求
第一节施工操作顺序
基底处理
1、混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除,对较大面积的劣质层,在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。
2、裂缝部位,如有必要应先进行封闭处理。
3、用混凝土角磨机、砂轮(砂纸)等工具,去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质,构件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸出部位要磨平,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R320mm)。
4、用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。
涂底胶
1、按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中,用搅拌器搅拌均匀,根据现场实际气温决定用量,并严格控制使用时间。
2、用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面,厚度不超过0.4mm,并不得漏刷或有流淌、气泡,等胶固化后(固化时间视现场气温而定,以手指触感干燥为宜,一般不小于2小时),再进行下一道工序。
用整平胶料找平
1、混凝土表面凹陷部位应用刮刀嵌刮整平胶料修补填平,模板接头等出现高度差的部位应用整平胶料填补,尽量减少高差。
2、转角的处理,应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧,半径不小于10mm。
3、整平胶料须固化后(固化时间视现场气温而定,以手指触感干燥为宜,一般不小于2小时),方可再进行下一道工序。
粘贴碳纤维布
1、按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布,除非特殊要求,碳纤维布长度应在3m以内。
2、配置、搅拌粘贴胶料,然后用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位,在搭接、拐角部位适当多涂抹一些。
3、用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面,以去除气泡,使碳纤维布充分浸润胶料。
多层粘贴应重复以上步骤,待纤维表面指触感干燥为宜,方可进行下一层碳纤维布的粘贴。
4、在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。
第二节施工构造要求
第3.2.1条基层混凝土强度不低于C15。
第3.2.2条碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm。
第3.2.3条碳纤维布的端部在必要时应采取相应的附加措施,如采取钢板固定等。
第3.2.4条粘贴碳纤维布应尽量避开障碍物,如遇无法清除的障碍物而需截断时,在截断部位要予以适当处理,具体措施应视不同情况而定。
施工安全措施
第4.0.1条裁剪及使用碳纤维布时应尽量远离电源,尤其是高压电线及输电线路。
第4.0.2条碳纤维布的配套用胶要远离火源,避免阳光直接照射。
第4.0.3条现场施工人员应穿工作服,同时还须佩戴口罩和手套,施工人员严禁在现场吸烟。
第4.0.4条配置及使用胶的场所必须保持良好的通风。
施工温度要求
施工现场的气温是影响施工的一个重要因素,根据工艺要求,现场气温应350C,如果气温低于50C,应使用适于低温的特殊胶种或采取其它加温处理措施,如气温长时间低于50C,应暂停施工。
工程验收
第6.0.1条工程验收时必须有碳纤维及其配套胶料厂家所提供的材料检验证明。
第6.0.2条每一道工序结束后均应按工艺要求进行检验,作好相关的验收记录,如出现质量问题,应立即返工。
第6.0.3条施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主,用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面,以回声来判断粘结效果,如出现空鼓等粘贴不密实现象,应采取针管注胶的方法进行补救。
若粘结面积小于90%,则判定为粘结无效,需重新施工。
第6.0.4条对于碳纤维布粘贴面积在1000m2以上的工程,为检验其加固效果应与甲方协商进行荷载试验,其结构的变形等各项指标均应满足国家规范规定的设计及使用要求。
五、结语
碳纤维布加固混凝土结构技术,正在逐渐走向普及,目前单向无纺碳纤维布已在上海同砼碳纤维布有限公司试制成功,完全可以与粘钢技术的经济性相媲美,可以预言,由于其显著的优点,很快可以替代粘钢技术。
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∙【表白的话】 我深深地恳求你;不要把我逐出你的爱门之外,我一分一秒也不能缺少你的爱。
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爱你,却让自己心碎,好惨!
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∙【表白的话】 我扬一把散沙粒粒想念漫天纷飞带给我对你的祝福,我洒下一瓢涟水滴滴飘洋流到你的心海,爱你,今生无悔,牵了你的情,爱了你的人,我会努力呵护你,一生一世!
∙【表白的话】 你的热情,温暖了我冰冻的心;你的大胆,鼓起了我爱的热忱;你的关怀,激起了我感激之情。
新年伊始,愿我们透过那爱湖的波光水雾,一起憧憬美好的未来。
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∙【表白的话】 也许我的笑容不够灿烂,但足够为你扫清冬日里的阴霾;也许我的双手不够温柔,但还能为你拂去俗世尘埃!
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∙【甜言蜜语的话】 我们结婚吧,好不好?
那样我们就可以不再对着电话诉说想念,就可以每天清晨起来看见你的睡脸,然后一起吃一顿不太丰盛却很温暖的早餐。
我们结婚吧,好不好?
那样我们就可以拿着民政局发的红色小本子四处炫耀,我们可以在房间里挂满结婚照,看着看着就会不自觉的微笑。
我们结婚吧。
∙【表白的话】 我需要你,就像冬天里的棉袄,夏天里的雪糕,黑暗中的灯泡,饥饿中的面包—–我不能没有你!
∙【有哲理的话】 用真理检验真理永远是真理,用错误掩饰错误将会一错再错。
我们不能拥有真理,但是我们可以防止错误。
∙【离别的话】 愿你作一滴晶亮的水,投射到浩瀚的大海;作一朵鲜美的花,组成百花满园;作一丝闪光的纤维,绣织出鲜红的战旗;作一颗小小的螺丝钉,一辈子坚守自己的岗位……
∙【离别的话】 我们曾经在一起欣赏过美丽的花;我们曾经在一起幻想过美丽的季节。
同学啊,同学,分别后不要忘了我们曾经一起走过的日子。
∙【离别的话】 红叶纷飞的枫林里,我们曾拥有多少回忆。
那飘舞着的枫叶,将我们带进一个无比美妙的境界。
∙【离别的话】 别离,是有点难舍,但不怅然;是有点遗憾,但不悲观。
因为我们有相逢的希望在安慰。
∙【有哲理的话】 人活着,第一要紧的事情就是要有眼光。
有了眼光,并相应确定应该为之努力的目的和目标,工作就会出现乐趣,这样才有希望最终成为一个事业和生活的成功者,生命就会丰富多彩。
∙【有哲理的话】 在真相肯定永无人知的情况下,一个人的所作所为能显示他的品格。
有些事情的确没有人知道,除你之外,没有人知道,但是你必须对得住自己,最好能问心无愧。
因为问心无愧可生自信,而自信会让你生活得更从容。
∙【有哲理的话】 没有任何的动物是比蚂蚁更勤奋,然而它却是最沉默寡言的。
与其埋怨世界,不如改变自己。
管好自己的心,做好自己的事,比什么都强。
人生无完美,曲折亦风景。
别把失去看得过重,放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人,人做到了,心悟到了,相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
∙【有哲理的话】 有些人成就不大,不在于智力或能力不够,而在于没有克服自己心理上的弱点和谬见,没有充分发挥自己既有的潜力和才能。
只有不断向自己挑战,向生活挑战,才能取得更大成功。
∙【有哲理的话】 面对别人的反对意见,如果你针锋相对地进行争执和批驳,对方很难从内心真正接受,在表达方式上委婉一些,效果就好多了。
∙【有哲理的话】 当我们放眼这个世界的时候,如果以自我为中心,很可能会以为自己了不起,可一旦我们把心歇下来,用赤子之心来观察,就会发现我们是多么渺小。
我们什么时候都能看清自己不如人的地方,那就是对生命有真正信心的时候。
∙【有哲理的话】 胸有平常心,幸福自然来。
人的心态如同琴上的弦,太紧则易断,太松则无音,只有松紧适度,才能弹出美妙之音。
保持一颗平常心,才是人生的真谛。
怀一颗平常心,看淡得失,超越成败,不为物欲所迷,不被烦恼所扰,明心见性,随缘自适。
平常心,是一种人生态度,也是一种生活智慧。
∙【有哲理的话】 绝大多数人都喜欢嘲笑别人,而不愿意被别人嘲笑。
在别人处于尴尬境遇时,你如果能通过自己出丑来减少他的难堪,他一定对你非常感激。
∙【有哲理的话】 对于胸怀大志的有志之士和勤奋努力的人来说,障碍是不会起什么作用的。
他们会说:
不会再有什么困难能拦得住我了。
只要有百折不挠的信念,就会战胜许多强大的阻力。
∙【有哲理的话】 成功地推销自己是迈向成功的第一步。
在推销自己的过程中,多动脑筋,设计一些小花样,就容易引起别人的兴趣和关注。
搞笑语录
∙一次,同事几个去美国,到超市买东西,用济南话讨论,有个美国人过来用标准的济南话说:
“你们是济南的?
!
”暴汗,原来这老外是以前战争时期留在中国的美国人后代,同事问他:
“那你英文怎么样啊?
”老外一拍大腿道:
“英语太他妈难学了!
!
”哈哈,有木有笑趴啊。
∙公司加班到半夜,所有人都眼皮打架,一姑娘哀叹:
“我现在真想变成一个‘因’字。
”众问其故,姑娘说:
“就是一个人四肢平摊躺在大床上。
”话音刚落,旁边一男同事嘟囔:
“困。
”
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这先生不解,问护士小姐说:
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”护士小姐指着打完盐水的空瓶盖说,“先生,您运气真好,这瓶中奖了,再来一瓶!
”
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”我说:
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”大婶马上换成暧昧的语气:
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”我汗,说:
“不要小姑娘。
”大婶立刻改口:
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”再汗,说:
“我不要姑娘。
”大婶沉默了下,小声说:
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”
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”这哥们儿低头看了眼表,很镇定的说:
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”妻子在他背上切完面条,问他:
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“痛,我也懒得吱声。
”
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牧师说:
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”青蛙高兴的蹦了起来:
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”牧师说:
“不,是在她明年的生物课上。
”
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女:
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”男:
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”女:
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”男人:
“买。
”女:
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”男:
“买。
”女:
“好爱你。
”男:
“也爱你。
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“这是谁的手机?
”
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”
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”说后,就跑掉了。
老汉挣扎着愤怒的喊道:
“给老子回来!
”众人纷纷感慨:
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”
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