碳纤维加固钢筋混凝土梁的实践

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 碳纤维加固钢筋混凝土梁的实践 摘要：本文就笔者在马鞍山工程 施工中碳纤维加固钢筋混凝土梁的工程 实践做以介绍，以便大家在今后的加固 工程中进行不断提高。 中国论文网 /4/view-12702915.htm 关键词：碳纤维 钢筋混凝土梁 加固模型 参数选取 设计验算 施工要 点 钢筋混凝土在我国各个行业的建 筑工程中广泛应用，但是，在钢筋混凝 土施工完成之后，要改变使用功能或者 提高使用功能，都存在对钢筋混凝土结 构构件的受力再进行改变，同时在钢筋 混凝土构件使用多年之后，也会存在进 一步对缺陷加固消缺的问题。因此，钢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 筋混凝土构件加固普遍存在，在我国起 步较晚，是九十年代以来的开发热点， 碳纤维片材在混凝土结构受弯构件的受 弯加固、受剪加固和柱的抗震加固中研 究和应用最多，但在这方面工作中还存 在一些问题，对加固结构的力学性能系 统的理论分析和数值计算研究也很有限。 而这对于创立和发展这种崭新的加固技 术是必不可少的，而且以预应力钢筋混 凝土桥梁、钢筋混凝土梁的加固为主。 到目前为止，碳纤维片材加固混凝土结 构的技术得到国际上普遍认同。 安徽开米马鞍山工程中的合成车 间由于使用功能改变，在主体结构施工 完成后多个钢筋混凝土梁需要进行加固， 现以 JL10 钢筋混凝土梁为例，进行加 固计算和施工控制要点进行说明。 1 加固校核的设计计算 1.1 计算模型的建立 JL10 是一根跨度为 7m 的钢筋混 凝土梁，梁截面高度 h=500mm，宽度 b=250mm，由于业主变更时改变室内原 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 来使用功能，要求增加室内荷载，变更 设计说明本次变更后梁的受力是正弯矩 加大，且梁的构件计算弯矩设计值为 M=216kN/m。因此，偏于安全考虑，不 考虑楼层板翼缘和支座内力重分布的影 响（如果是负弯矩状态，则必须考虑并 按照混凝土结构设计规范要求进行 计算） ，按照矩形梁进行计算。 1.2 加固方式的选择 由于加固可以采取增大截面加固、 外粘型钢加固、复合截面加固、绕丝加 固、外加预应力加固、植筋加固等方法 进行，但必须根据现场施工条件、梁的 受力使用环境再选取经济可行的方案。 进行加固的钢筋混凝土梁使用在工业厂 房内，不存在放射、腐蚀性液（气）体 以及高温（60）等不利条件的影响。 但是加大梁的截面将会是使用空间减少， 且对设备、管道的安装会造成不便，绕 丝、植筋也不便于施工，外加预应力支 座在梁的两端不能实施，外面型钢和复 合截面加固成为可选方案。但是外粘型 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 钢加固的造价较高，因此选用复合截面 加固法进行加固。而且以外粘碳纤维最 为便于施工，且造价最为经济，所以这 一方案就是首选。 1.3 计算参数的选择 参照碳纤维片材加固混凝土结 构技术规程 （CECS146 ：2003） 、 混 凝土结构加固设计规范 （GB50367- 2006）中（表 9.1.6）碳纤维片材的性能 指标和原设计选取的设计参数，计算参 数选取如下： 混凝土等级： C35， fc=16.7N/mm2，ft=1.57N/mm2 受拉纵筋种类： HRB400，fy=360N/mm2。分部 3 根直 径 22 的钢筋（单层） Es=2.0105N/mm2 受压纵筋种类：HRB400，fy =360N/mm2，分部 2 根直径 20 的钢筋 （单层） 碳纤维抗拉强度设计值： ff=1600MPa -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 碳纤维设计拉应变 f=0.007 碳纤维弹性模量 Ef=2.3105MPa 我国采用的标准碳纤维布厚度 （300g/m2）d=0.167mm 设计确定的混凝土梁保护层厚度 为 20mm，受拉纵筋为 22，则受拉纵 筋合力点至近边距离：as=35mm（为便 于计算，单层纵筋取 as=35mm，双层纵 筋取 as=60mm） 受压纵筋合力点至近边距离： as=35mm 按照混凝土结构规范，对 C35 混 凝土取强度系数 1=1.0（当混凝土强度 等级不超过 C50 时，1 取为 1.0，当混 凝土强度等级为 C80 时，1 取为 0.94） 。 当处于非均匀受压时，正截面的 混凝土极限压应变 cu=0.0033，碳纤维 的拉应变 f=0.007。 1.4 碳纤维实际截面面积计算： 受拉钢筋的截面面积 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 As=1140mm2 受压钢筋的截面面积 As =628mm2 且 x=2as=70mm，h0=h-as=500- 35=465mm， 矩形应力图的受压区高度 x 可取 等于按截面应变保持平面的假定所确定 的中和轴高度乘以系数 1。当混凝土强 度等级不超过 C50 时，1 取为 0.8。 纵向受拉钢筋屈服与受压区混凝 土破坏同时发生时的相对界限受压区高 度 b应按下列公式计算： b=1/1+fy/（Escu） =0.81+360（2.01050.0033） b=0.5177 bh0=0.5177465=240.73mm 由本梁属于框架梁，属于重要构 件。 选择 cfb=0.75b 等效矩形应力图形的混凝土受压 区高度为 x -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 则 x=cfbh0=0.750.5177465=180.55mm1 取 f=1 设碳纤维的截面积为 Af，把 以上参数代入碳纤维片材加固混凝土 结构技术规程4.3.2-2 公式： 1fcbx=fyAs+fffAv-fyAs 即：116.725070 =3601140+11600Af-360628 292250=410400+1600Af-226080 Af=67.46mm2 Af=kmndb km 为碳纤维片材厚度折减系数， 取 km=0.78 n 为碳纤维片材层数 即 67.46=0.78n0.167250 n=2.07 取 N=3 故有效 Af=km30.167250=97.695mm2 实际碳纤维片材面积为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 125.25mm2 强制标准要求的验算 按照混凝土结构加固设计规范 的设计要求加固后受弯承载力的提高幅 度不得超过 40%， 即 ffAf/fyAs0.4 （160097.695）（3601140） =0.380.4 满足要求，按照 3 层碳纤维片 材进行加固即可。 2 施工控制要点 2.1 原材料的控制 本工程所使用的加固材料选择 国产 300g/m2I 级碳纤维布，碳纤维基 本性能要求：抗拉强度3400MPa，弹 性模量2.1105MPa， 极限延伸率 1.7%。 碳纤维粘结剂基本性能要求： 压缩强度70MPa，拉伸强度35MPa， 弯曲强度50MPa，拉伸剪切强度（金 属/金属） 18MPa。施工单位应提供产 品质保书，材料使用前必须经抽样检验 合格后方可使用。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 2.2 现场施工质量的控制 基层处理：对碳纤维加固部位 混凝土构件表面进行处理，处理后进行 仔细观察，混凝土构件有裂缝的必须进 行裂缝修补后才能进行碳纤维加固。对 混凝土表面的蜂窝、凹凸不平必须用结 构胶修补平整，对酥松的混凝土必须凿 除后修补平整；混凝土表面处理后应露 出结构本体，无粉尘、杂物、水渍、油 渍及平整。混凝土表面处理必须经工序 检验、做好相应记录，符合上述要求后 才能粘贴碳纤维。粘贴的碳纤维宽度、 厚度、材质必须按设计要求进行配置， 并对粘贴的碳纤维粘贴面清洁处理。 修补找平：经上述工序后粘贴 面平整度应达到 5mm/m2，有断茬、转 角部位、凹凸部位应找平，抹成平滑曲 面。 胶料配制：胶料应严格按比例 充分搅拌后配制，务必使用专业技术人 员进行配制，从而保证质量。配制搅拌 后的胶料应无沉淀、色差、气泡，并