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700”250700一百临殆一駁储舶(Q童纤缱布一百临屮镯磁娈片图1,试验梁加荷装直示意图5）團殴片X.X.图1,试验梁加荷装直示意图（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：0.1X45mm,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。计彈结果见表1/17D6D504D3D2D1DD51015/ 50403020100X/f&05040302010010踌中挠度（mm）1234跨中挠度（耐）L1:荷戢F-跨中挠度图2.荷载-跨中挠度曲线表1.:式验梁截面特性及试验结果试验梁编号截面bXh(mmXmm)立方 体强度MPaA s(As=0)mmXmma s钢筋屈服 强度f y(Mpa)钢筋 极限 强度f y(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 X条 、诚-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-1150X25033.72262128541014.714.26无0钢 筋 屈 服L-2a150X25033.22262128541022.0514.25单层21.9254.71.015碳 纤 维 拉 断L-2b150X25035.02262128541020.314.28单层21.9842.20.932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：SFx=0Asfy+AcFfcf-Asfy-bxfcm=0 (1)SMAS(F)=0M=bxfcm(ho-x/2)+Asfy(ho-as)+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贝U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1一2公斤为宜；整平胶料每次配置量以0.5 一1公斤为宜；粘结胶料每次配置量以1一2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（R3 20mm） o4、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3 50C，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。下面是赠送的经典语录和 搞笑语录，不需要的朋友可以下载 后不急删除！谢谢！【感人的话】要学会感恩、同情、宽容、 忍耐、积极与真诚。希望是心灵的一种支持 力量逆境的回馈，使生命将更加精彩而富足.【感人的话】每个人的好运跟坏运都是分配好的，虽然我的好运没有别人多，所以只 要是一点点好事，我就非常感恩了。祝福的话】这里有一本你当年用过的笔 记，它有点儿泛黄了，书页里夹着的话也早 已没了香气，却还是谢谢你把它借给了我。 今天的我们已经分开，却依然是朋友。还是 要跟以前一样，我听着你的述说，看着你笑, 看着你难过委屈去安慰你。我会把祝福写在 这本笔记里，在那多枯黄的花的旁边，我会 写下我的祝福：祝福你过得好！祝福你过得 比我好！然后，将它寄给你。不要哭泣，你。表白的话】爱你是一个念头，爱你是一 种冲动，爱你是一种宿命，只属于我的宿命。 爱你是一段旅程，爱你是一场幸福的长跑， 爱你是一路沐浴阳光，爱你是一径的花香。 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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JIS% O【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。”一先生感冒去医院挂吊针，护士小姐很麻 利的给这位先生插上针挂好盐水，一个多小 时过去了，盐水瓶的水打完了，护士过来马 上又换上一瓶。这先生不解，问护士小姐说: “小姐，处方单上不是只开了一瓶吗？ ”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！ ”一退休老头，闲来无事就教鹦鹉说话，每 天早上必教：“早上好！”可惜！几个月后， 鹦鹉仍不开口。一日，老头心情不佳，未教。只听鹦鹉大叫：“老头，今天牛了！连好也不 问了啊！” 小木屋，里面排列着七张小小的床。白雪公 主就躺下睡着了。傍晚七个小人回来了，白 雪公主说：“你们就是我命中的七个小矮人 吧。”七个人面面相觑，然后说：“你走错地 方了，我们是金刚葫芦娃。”白雪公主逃出王宫，来到森林，看到一间爷孙三人去钓鱼，爷爷拿着鱼杆发呆，孙 子看到后对爸爸说：“瞧瞧，你爹在那发呆, 跟傻B似的。”爸爸打了儿子一耳光生气的 喊道：“你爹才傻B呢！ ”作业做了很久，顺手打开收音机，一个温 柔的声音传出：“如果肤色粉红，脸上的绒毛 细嫩柔软，那么说明很健康”听到这里, 忍不住摸了自己的脸，对镜顾盼，再笑一笑, 样子健康可爱。这时，又听播音员说道：“好, 听众朋友，这次我们的养猪知识讲座就 到这里。”话说上技校时我们班为机电八班。某日学校组织拔河比赛。我们班对战二班。二百女生加时喊：“机二，加油 机二，加油”我们班女生也学着人家喊：“机八， 加油机八，加油”我滴个神！出差，刚出车站就来一大婶：“小伙子，住 旅馆呀？ ”我说：“不用。”大婶马上换成暧昧 的语气：“有小姑娘哟，很漂亮的。”我汗， 说：“不要小姑娘。”大婶立刻改口 ：“老姑娘, 老姑娘也有，便宜一点。”再汗，说：“我不 要姑娘。”大婶沉默了下，小声说：“那个， 小伙子也是有的！ ”一哥们儿隔壁新搬来个老外，一天晚上老 外敲门求助,说:“我的电视坏了，不能换台。” 这哥们儿低头看了眼表，很镇定的说：“过了 七点半就好了”有个懒人，懒得出奇。妻子要切面条，叫 他到邻家借个面板。他说：“不用借了，就在 我背上切吧！ ”妻子在他背上切完面条，问他: “痛不痛？ ”他说：“痛，我也懒得吱声。”一只青蛙给牧师打电话，问自己的命运。 牧师说：“明年，有一个年轻的姑娘会来了解 你。”青蛙高兴的蹦了起来：“哦，真的吗？ 是在王子的婚礼上吗？ ”牧师说：“不，是在她明年的生物课上。”几个人在高尔夫更衣室，一手机响很久， 一男人按了免提键。女：“亲爱的你在俱乐部 吗？ ”男：“在。”女：“我看到一辆宝马，才 不到两百万。”男人：“买。”女：“还有那个 楼盘又放盘了，6万一平。”男：“买。”女: “好爱你。”男：“也爱你。”旁边的男人们敬 佩得目瞪口呆。男人挂了电话，问：“这是谁 的手机？ ”深夜，老公未归。女儿心急给妈打电话： “妈！他还没回来，一定有别的女人了！ ”妈 妈轻声安慰：“傻孩子，乖，别净往坏处想, 兴许是出车祸了！”一男子在闹市骑摩托撞昏了一个陌生的老 汉！男子惊吓得不知所措！围观群众越来越 多！突然，该男抱住老汉，声泪俱下的喊道: “爹，你等着我，我这就去给你找医生！，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：“这儿子当的真 孝顺！ ”