混凝土结构加固施工方案.ppt

,目录,1、碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨 1 2、碳纤维在某通信机房加固中的应用 5 3、南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计 9 4、碳纤维复合材料(cfrp)加固技术在南京*百货商店改造工程中的应用13 5、钢筋混凝土框架梁粘碳纤维加固现场加载试验16 6、碳纤维材料在某公共建筑抗震加固中的应用20 7、玻璃纤维聚合物在腐蚀环境下补强加固工程中的应用23 8、混凝土结构碳纤维加固技术及其适用性27 9、碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力设计方法的研究31 10、碳纤维布加固预应力混凝土空心板新技术35 11、高强复合纤维材料加固混凝土结构技术的应用38 12、碳纤维布加固混凝土梁截面刚度计算40 13、锈蚀钢筋混凝土结构防护与加固43 14、碳纤维加固的“反拱预应力技术”及其提高钢结构承载能力的分析49 15、cfrp 加固某大厦框架柱抗震性能的设计与施工 53 16、碳纤维材料在桥梁加固工程中的应用57 17、碳纤维布用于钢筋混凝土工字梁桥抗弯加固的试验研究与分析61 18、纤维薄板加固混凝土刚架拱桥的工程实践65 19、碳纤维材料加固混凝土梁板技术在实际工程中的应用69 20、碳纤维增强复合材料（cfrp）在公路 t 型截面桥梁加固设计与应用72 21、特种荷载作用下，碳纤维（cfrp）技术在桥梁加固工程中的研究与应用78 22、楼板开洞改造有限元分析及粘贴碳纤维加固方法85 23、玻璃纤维聚合物混凝土在腐蚀环境下天车道轨二次灌浆中的应用研究87 24、碳纤维加固技术在桥梁补强工程中的应用90,2,。,碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨,1、碳纤维布结构加固技术简介,粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工 作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。 碳纤维增强聚合物（carbon fibre reinforced poly-mer 简称 cfrp，也称为碳纤维增强塑料）是由 环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。使用碳纤维布加固具有以下几个优点：a、强度高（强度约为 普通钢材的 10 倍），效果好；b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；c、自重轻（约 200g/m ）， 基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广；d、施工简便（不需大型施工机构及 周转材料），易于操作，经济性好；e、施工工期短（本工程实例仅用一周）；因此，碳纤维结构加固技术 在混凝土结构方面已产生较大的效应。,碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、 筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于 c15 即可；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用 碳纤维进行加固。,2、碳纤维布加固的原理,用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是， 碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水 平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。 而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须 使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤 维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。,3、工程概况,某制药厂保太松车间建于 1984 年，因长期受腐蚀性气体的侵蚀，三根薄腹梁下弦混凝土与钢筋均遭 受严重腐蚀，导致保护层混凝土开裂、酥松、剥落，下弦钢筋锈蚀、剥落，钢筋受力截面削弱，危及结构 安全，影响工人的生产情绪；经与设计人员一起进行分析比较，选择粘贴碳纤维布进行加固，能防止腐蚀 性气体的侵蚀，延长梁的使用寿命（薄腹梁见图 1）,4、碳纤维布加固的依据及前提 4.1 碳纤维布加固的依据,某制药厂提供的保太松车间图纸。 屋架的腐蚀情况。,薄腹梁的实际检测强度。,混凝土结构加固技术规程。 4.2 碳纤维布加固的前提,首先，利用回弹法对薄腹梁混凝土进行检测，以供加固参考。经检测，混凝土的实际强度为 c30。 根据设计图纸，及现场混凝土、钢筋的腐蚀情况，考虑提高下弦的抗拉强度等级，为此，将 610mm 宽 的 t700s 型碳纤维布裁成两半，分两层粘贴在下弦的底面及两侧（薄腹梁下弦宽度为 200mm），加固后，相 当于增加原受拉钢筋面积的 46%，弥补了由于原钢筋锈蚀而造成的截面削减，构件的承载力得到加强，而 且，总体配筋率minmax ，可以满足使用要求。,4.3 碳纤维布的设计,因梁底宽度为 200mm，而碳纤维布的宽度为 610mm，兼顾加固时碳纤维布的幅宽效应及下弦的受拉范,1,涂底胶,找平,围，考虑将碳纤维布裁为两半，一层为 300mm 宽，一层为 310mm 宽，分两层粘贴在梁的下侧及两面侧边（两 侧边高度为 50-55mm），应注意：转角处须处理成圆角（r10mm），详见图 1。,图1,薄腹梁加固,1粘贴碳纤维布二层（第一层宽度 300mm，第一层宽度 310mm） 2粘贴碳纤维布二层（第一层宽度 300mm，第一层宽度 310mm） 5、碳纤维布加固的施工 5.1 施工准备 5.1.1 施工材料的准备 辽宁省建设科学研究院生产的 jgn-c 胶（底胶）及 jgn-p 胶（粘着胶），t700s 型碳纤维布。 5.1.2 辅助材料的准备 专用滚筒，刮板，角向磨光机，剪刀，凿子，榔头，台秤，丙酮。 5.1.3 搭设脚手架 按安全规程要求搭设好脚手架，高度以方便施工为前提。 5.2 施工工艺 把屋架下弦被腐蚀部位的疏松混凝土凿掉，把锈蚀的钢筋用钢丝刷刷掉被锈蚀层。,补粉凿除的混凝土梁,用 sj-601 防腐砂浆补粉凿除的混凝土梁（对于较大面积的劣质层在凿除后,应用环氧砂浆进行修复），并养护三天。 用压缩空气将表面浮尘清除干净未凿部位（需加固处）用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土 表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，用丙酮将需 粘贴处清洗干净。 将 jgn-p 胶甲乙组分按需按 3：1 的重量称好，放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将它 均匀地涂在屋架底面（两侧刮 150mm），待胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准）再进行 下一工序施工。注意：调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况下 40min 内用完。 混凝土表面凹陷部位用修补胶（jgn-c 胶掺入两倍粉料）填平，模板接头等出现高度差的部 位应用修补胶填补，尽量减少高度差。,粘贴碳纤维布,将 jgn-c 胶甲乙组分按 3：1 的重量称好，放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将,胶均匀地涂刮在底胶上需粘贴碳纤维布处，随即把按设计要求已裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位，然后 用专用滚子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，挤出汽泡。待指触干燥后，即可以进行第二道碳纤维布的粘 贴，方法同第一道。注意：碳纤维布的搭接长度一般为 100mm，端部用横向碳纤维布固定。 两道碳纤维布粘贴完，待指压干燥后，再刮涂一层 jgn-c 面胶，来回滚压，使胶充分渗入到碳纤维 布中去。 待面胶指触干燥后，表面做一层保护层（防火涂料或水泥砂浆）。 2,表1,2,2h,6、有关材料的技术指标 目前，国内碳纤维材料及配套结构胶的生产厂家有多家，选购前应认真了解材料的相关技术指标及操 作说明，我所所用的各材料指标如表 1表 3。 结构加固修补用碳纤维材料（cfrp-t700s）主要性能指标,抗拉强度,延伸率,密度,（mpa） 5000,弹性模量（mpa） 2.35105,（%） 2.1,（g/cm3） 1.8,耐腐蚀性 优,浸透性 良好,均匀度 良好,表2,碳纤维织物数据,单位面积重量,径向密度,纬向密度,(g/m ) 220 径向重量比例 % 99,径向纤维 碳纤维 纬向重量比例 % 1,纬向纤维 尼龙线 碳布宽度 (mm) 610,根/cm 2.65 积层厚度 (mm) 0.2,根/cm 1.6 积层厚度为加入树脂 后其纤维体积含量为 50%时的厚度,表3,建筑结构胶主要技术性能指标,外观,结构胶名称 作用 甲组分 乙组分,jgn-c 粘贴碳纤维专用胶 白色蜡状膏体 棕色液体,jgn-p 与 jgn-c 配套使用的底胶 无色透明液体 棕红色液体,粘接拉伸强度（mpa） 拉伸剪切强度（mpa） 压缩强度（mpa） 弯曲强度（mpa） 混合黏度（20时） 涂布量 适用期（20时） 硬化时间（20时） 使用温度,30.0 20.0 50.0 30.0 5000cp(不流挂) 0.61.0kg/m2 90min 3.0h 甲:乙=3:1 1035,粘接强度(混凝土-混凝土) 0.250.3kg/m2 可使用时间 指干时间（20时） 甲:乙=3:1,混凝土破坏 2040min,7、结论 根据加固原理可知，在施工前必须选择合适的粘结剂，认真查看材料的质保书及使用说明，掌握材料 的各有关参数，以确保它有足够的强度，能保证碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作； 在施工过程中，参照使用说明，每道胶都必须处理好，特别是粘贴碳纤维布的 jgn-c 胶，应尽可能让胶充 分地渗入到碳纤维丝之间（细部空鼓处，可用针筒注射胶），确保相互共同工作。 通过对某制药厂工程实例的施工操作，深深体会到碳纤维布结构加固技术简介中介绍的各项优点，该 工程施工时，在确保安全的前提下，仅使用了简单的脚手架，而且，碳纤维布裁剪非常方便，可以根据形 状及尺寸随意裁剪，在各种支架的遮挡处可以随意穿过，施工非常方便；另外，从 2001 年 5 月 7 日加固 后到现在，在腐蚀性气体的侵蚀下，至今未见有被腐蚀处；该工程从开工到结束仅 7 天（包括搭、拆脚手）， 3,工程总费用仅约为 11000.00 元。,由此可见，碳纤维布加固结构技术的优点很明显，应用前景很光明。 8、探讨,粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效 益；在混凝土结构的加固中，碳纤维布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的 抗拉强度，那么在其它的结构中，碳纤维布能否起到加强抗拉强度的作用呢？因为碳纤维布在结构胶的作 用下强度很高，其它结构在用碳纤维布加固后，会否象类似钢筋混凝土结构构件的超筋截面破坏一样产生 负面影响呢？,目前我所正在探索应用碳纤维布加固砖砌体的技术（如砖砌体在外界环境影响下产生的裂缝修补，采 用碳纤维布来提高砌体的某些力学性能），该技术是粘贴碳纤维结构加固技术领域中的新生事物，如能成 功，必将也能产生较大的经济效应。,4,2 2,-2,碳纤维在某通信机房加固中的应用 碳纤维增强聚合物（carbon fibre reinforced poly-mer 简称 cfrp）是一种新兴的高强材料，最早 应用于航空航天等高科技领域。近年来在土木工程领域中的研究与应用得到了迅速发展。较之传统的结构 加固方法，碳纤维加固技术是一种新型高效的加固修复技术，它具有高强、高效、施工便捷、使用面广等 优点。碳纤维加固技术是利用改性环氧树脂类胶结材料将碳纤维片材粘贴于混凝土表面，从而达到结构补 强及改善受力性能的目的。此项技术在美国、日本等发达国家已成熟运用，在 20 世纪 90 年代后期国内才 开始碳纤维加固技术的研究与应用，虽取得了一定的成果，但至今尚未形成系统的理论。 1、工程概况 随着通信事业的迅速发展，各地通信公司相继增设了一批通信机房。因通信设备荷载较大，一般民用 建筑达不到使用要求。为确保使用安全，需对原建筑进行结构验算、结构加固等工作。某通信公司传输机 房位于一办公楼三层楼面上，机房使用活载（6.0kn/m ）超过原办公楼使用活载 2.5 kn/m 。原楼面结构为 主次梁现浇板体系（混凝土强度等级 c40，板受力筋为级钢筋，梁受力筋为级钢筋）。结构验算表明， 楼板无需加固，而主次梁正截面需进行加固。经过方案论证和经济技术可行性比较，并征得业主的同意， 决定采用碳纤维复合材料进行加固。加固平面如图 1 所示。 图 1 机房加固平面 2、材料特性 本工程使用了日本进口的碳纤维布（st200），其主要性能指标见表 1。,表1,碳纤维布主要性能指标,型号 st200,单位面积质量 （gcm ） 200,设计厚度 mm 0.111,设计抗拉强度 fcf / mpa 3400,弹性模量 ecf / mpa 2.3105,粘贴用树脂采用国产 jgn 型建筑结构胶，其主要性能指标见表 2,表2,jgn 型建筑结构胶主要性能指标,种类 基底树脂 （jgn-e） 修补树脂 （jgn-f） 粘结树脂 （jgn-d）,拉伸强度 mpa - 28 28,压缩强度 mpa - 50 50,剪切强度 mpa - 18 18,适用温度 038 038 038,可使用时间 min 1530 40 60,5,(2),(3),2,3、加固设计 3.1 基本假定 用碳纤维材料加固后混凝土梁的极限承载力计算与普通混凝土梁有所不同，其基本假定为：（1）受拉 区混凝土的作用忽略不计；（2）梁受弯后，混凝土、钢筋及碳纤维应变符合平截面假定；（3）碳纤维材料 采用线弹性应力-应变关系：cf=ecfcf。因本工程建成后未经装修使用，加固设计时忽略碳纤维二次受 力的影响。 3.2 设计方法 3.2.1 实用公式 根据极限状态应力应变关系（图 2），由平衡条件可得： 当2a时，,fcmbx+fyas=fyas+cfacf mu cfacf (h-/2)+ fyas (h0-/2)- fyas (/2-as) 当2a时， fcmbx+fyas=fyas+cfacf mu cfacf (h- as)+ fyas (h0- as),(1),图2,截面极限状态应力示意图,3.2.2 规程公式 根据碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程的规定，当混凝土受压区高度 xcfbh 时，其极限 弯矩： mufyas (h0- 0.5gcfbh)+ecfcf acf（1-0.5cfb） 其中，界限相对受压区高度： cfb=0.8cu/（cu+cf） 3.3 次梁加固设计 次梁截面：bh=400mm500mm，as =as=1018mm2 截面弯矩：mu=242knm 3.3.1 按实用公式计算 首先估算混凝土受压区高度12mm2as 根据公式(2),解得: acf=53.1mm 6,2,2,2,2,3.3.2 按规程公式计算 界限相对高度： cfb=0.80.003/(0.0033+0.01)=0.1985 12mmcfbh=89.3mm 根据公式（3），解得： acf=51.7mm 3.3.3 设计结论 两种计算结果相比较，其误差=（53.1-51.7）/53.1=2.64%在工程设计误差许可范围之内。 2 采取在梁底粘贴 300mm 宽碳纤维布两层（acf=66.6mm ），可满足设计和使用要求。 3.4 主梁加固设计 2 主梁截面：bh=500mm550mm，as=2233mm ，as=1960mm 极限弯矩: mu=450knm 3.4.1 按实用公计算 首先估算混凝土受压区高度: 29.5mm2as 根据公式(2),解得: acf=112.1mm 3.4.2 按规程公式计算 界限相对受压区高度: cfb=0.1985 29.5mmcfbh=89.3mm,根据公式(3),解得:,acf=109.3mm,3.4.3 设计结论 两种计算结果相比较,其误差=（112.1-109.3）/112.1=2.5%在工程设计误差许可范围之内。 2 采取在梁底粘贴 400mm 宽碳纤维布 3 层（acf=133.2mm ），可满足设计和使用要求。 3.5 构造做法 为了加强梁底碳纤维布的锚固及增加梁的抗剪能力,在梁端每侧粘贴 100mm 宽 u 型箍 3 道,在主次梁相 交处每侧粘贴 100mm 宽 u 型箍两道,具体做法如图 3 所示。 图 3 梁加固示意 1柱边 3 个 u 型箍，宽 100mm，间距 100mm；2次梁每侧 2 个 u 型箍，宽 100mm，间距 100mm；3碳纤维 3 层 7,1,2,4、加固施工 4.1 施工准备,粘贴碳纤维加固工艺,施工质量至关重要,直接关系到加固效果的好坏。为确保工程质量，工程开工前,对每个施工环节、环境因素、人员素质进行了细致周密的考虑，对施工现场进行了清理。,4.2 施工步骤,清除加固梁底及 u 型箍处吊筋等障碍物。,用砂轮机将粘贴部位打磨平整，u 型箍转角处打磨成 r20mm 的圆弧状，用吹风机清除浮尘并刷丙,酮去脂。,涂刷基底树脂（jgn-e）使其渗透至混凝土内部，以提高混凝土与碳纤维之间的粘结力。 用整平材料补树脂（jgn-f）修复，填补不平整部位。,涂刷粘结树脂（jgn-d），随即开始粘贴碳纤维布，多层粘贴时重复步骤（5）。 粘贴完最后一层碳纤维布后再涂刷一道粘结树脂（jgn-d）。 4.3 施工要点,因为通迅公司传输房属城市生命线工程中的重点部位，加之本工程加固工作量大，在施工中特别注意,以下几点：,混凝土与碳纤维布之间界面处理和好坏直接影响到混凝土梁的加固效果。因此梁底面及 u 型箍处必,须反复打磨平整，去除混凝土劣化部位，凹陷、缺陷处用修补胶找平。,粘贴碳纤维布时必须两人密切配合，一人拉紧碳纤维布，一人用刮板从一侧边刮边贴，保证不留气,泡，粘贴紧密。实践证明，刮板粘贴碳纤维布效果很好，碳纤维布空鼓率基本为零。,注意搭接区粘贴，做好标记，保证搭接长度150mm。,经现场锤测及邵氏硬度计测试，施工质量达到优良，取得了良好的加固效果。 5、结语,工程实践证明，cfrp 加固技术对于混凝土结构及构件的补强加固效果十分理想，在基本不增大梁的截 面尺寸及自重的前提下，该技术在施工工期、材料耐久性、施工质量等方面均达到了业主的要求，其综合 经济效益和社会效益良好，具有较大的推广使用价值。,参考文献,滕智明.钢筋混凝土基本构件（第二版），北京：清华大学出版社，1998,中国工程建设标准化协会标准碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（征求意见稿）2000,8,2,1,南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计 1、工程概况 南方某宾馆是由某政府办公楼改变使用功能而成的商业服务楼。该建筑为 6 层全现浇钢筋混凝土框架 结构，局部 7 层。建筑面积 7000m ，于 1993 年建成，平面见图 1。目前的使用情况为：12 层为餐饮，3 4 层为桑拿，56 层为卡拉 ok 歌舞厅。在 2000 年 6 月的质量检查中发现部分框架梁梁端存在明显斜裂缝， 造成安全隐患。,图1,结构平面,d-e 轴梁尺寸为 250mm600mm,e-f 轴梁尺寸为 250mm900mm,2、房屋的非破损检测及评定结论 在 2000 年 6 月的检测基础上，于 2001 年 4 月再次对房屋外观和框架梁进行普检。 2.1 检测结果 房屋外观质量良好，框架填充墙表面均未发现斜裂缝。 采用超声-回弹综合法进行框架梁混凝土强度检测，再采用取芯法进行修正从而确定混凝土强度值。 检测结果表明，混凝土强度均大于 22mpa。 经普检，发现在第 2、4、6 层中有 16 根梁，共 25 个梁端出现斜裂缝，斜裂缝的倾斜角度较大（普遍 大于 45），裂缝宽度为 0.10.3mm。斜裂缝范围内箍筋间距基本满足设计要求，对梁的抗剪承载力进行 计算，也均满足设计要求。 2.2 裂缝成因分析和可靠性鉴定结论 由于建筑物外观良好，框架填充墙表面均未发现斜裂缝，梁端斜裂缝隔层出现，由此估计斜裂缝不是 由于基础不均匀沉降造成的，又因为存在梁端斜裂缝的梁的箍筋间距和计算承载力均满足设计要求 （gb50292-1999） 中 4.2.5 条规定，把出现梁端斜裂缝的 16 根梁评级为 du 级，应对之进行抗剪加固。 3、混凝土梁的抗剪加固 3.1 基本设计参数 由加固平面图和构件尺寸可知,d-f 轴跨截面尺寸：250mm600mm；e-f 跨梁截面尺寸：250mm900mm， 各梁的剪跨比均大于 3，取=3。 9,5,2,2,3,计算；,2,根据检测结果可知：混凝土强度均大于 22mpa，取 c22；箍筋为8mm，屈服强度为 210 mpa，箍筋间 距按检测结果平均值计算。 碳纤维布材料参数：厚度 tcf=0.11mm，宽度 wcf=200mm，ecf=2.110 mpa，极限应变cuf=1.5%。 3.2 竖直粘贴加固设计,按我国在编规程 vb vb,rc + vb,cf,中 4.4 规定，采取双 l 型片材 u 型竖直粘贴的加固方式。计算公式为： （1）,vb ,cf = ,2ncf wcf tcf ( scf + wcf ), cf ,v ecf hcf,（2）, cf ,v = (0.2 + 0.12 ) cfu 3,（3）,式中，vb 为梁的剪力设计值；vb，rc 为未加固钢筋混凝土梁的受剪承载力，按现行国家规范的规定 vbcf 为碳纤维片材承担的剪力；cf，v 为达到受剪承载力极限状态时碳纤维片材的应变； 为碳纤维片材受 剪加固形式系数，对封闭粘贴取 =1.0，对 u 型粘贴取 =0.85，对侧面粘贴取 =0.70；为剪跨比。,应该指出，上述公式,是国内外部分研究者和设计指南编写组通过碳纤维片材对混凝土简支梁进行,抗剪加固的试验研究建立起来的。而连续梁的抗剪破坏发展方式与简支梁有显著区别，见图 2。,图2,简支梁连续梁粘贴有效长度对比,（a）-u 型粘贴；（b）-简支梁;(c)- 连续梁；（d）侧面粘贴；（e）-简支梁 简支梁（如图 2b）在正弯矩作用下梁顶受压梁底受拉，临界斜裂缝在梁底面 a 处最宽，梁上部 b 处最 小。而连续梁端的破坏发展形式相反（如图示 2c），由于负弯矩的存在，梁底受压而梁顶受拉，临界斜裂 缝在梁顶面 b 处最宽，梁下部 a 处最小。就抑制斜裂缝开展而言，在简支梁中的 ad 范围粘贴效果最佳， 而在 cf 范围粘贴加固作用最小。这是因为简支梁中加固效果最好的 ad 范围的粘结锚固长度最大（见 图 2b 中的阴影部分），这样便充分发挥了 u 形粘贴方式的优势。而抑制连续梁斜裂缝开展的最佳部位是图 10,表1,5,%,2c 中的 cf 范围，但必须指出，在此范围内 u 形布的有效锚固长度恰好最短（见图 2c 阴影部分），故加 固效果很小。在 be 范围粘贴，对此两种梁的加固效果则相似。可见 u 形粘贴的加固效果对于连续梁而 言只相当于侧面粘贴（见图 2c 和图 2e）。所以对于连续梁，u 形粘贴应按侧面粘贴来考虑，取 =0.70。 加固前抗剪承载力 vb，rc 和加固后抗剪承载力的提高百分比,梁高,箍筋间距,加固前承载力,纤维承载力,水平宽度,承载力共提高,加固位置,h/mm,/mm,vbr，c /10 n,vb，cf/105n,o/mm,三层 5-e-f 三层 6-e-f 三层 8-e-f 三层 9-e-f 三层 9-e-f 五层 4-e-f 五层 5-e-f 五层 5-e-f 五层 6-e-f 五层 6-e-f 五层 9-e-f 天面 4-e-f 天面 4-e-d 天面 5-e-f 天面 6-e-f 天面 6-d-e 天面 7-d-e 天面 7-e-f 天面 8-e-f 天面 8-e-f 天面 8-d-e 天面 8-d-e 天面 9-e-f 天面 9-e-f 天面 9-d-e,e端 e端 e端 e端 f端 e端 e端 f端 e端 f端 f端 e端 d端 e端 f端 e端 e端 f端 e端 f端 e端 d端 e端 f端 e端,900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 600 900 900 600 600 900 900 900 600 600 900 900 600,110 125 120 185 117 200 154 154 119 120 200 200 131 123 121 200 200 114 109 167 109 148 116 103 200,3.168 2.916 2.993 2.317 3.042 2.224 2.568 2.568 3.009 2.993 2.224 2.224 1.867 2.946 2.977 1.461 1.461 3.094 3.187 2.452 2.094 1.728 3.059 3.311 1.461,1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 0.906 1.45 1.45 0.906 0.906 1.45 1.45 1.45 0.906 0.906 1.45 1.45 0.906,800 1200 1000 1000 800 1000 1000 1000 1000 800 1000 600 800 1000 800 1600 600 800 800 800 1400 600 800 800 1200,45.77 49.72 48.45 62.58 62.58 65.21 56.46 56.46 48.18 48.45 65.21 65.21 48.53 49.22 48.70 62.00 62.00 46.86 45.49 59.14 43.26 52.44 47.39 43.80 62.00,还应指出，规程推荐公式在两处局限，在实际工程应用中容易让人产生如下误解：（1）式中 hcf 表示 frp 抗剪承载力随梁高增高（粘结长度增加）而增加，但实际上如果粘结长度已经足够长，frp 脱胶时的 应力水平不会随着粘贴长度的增加而增加；（2）式中（scf+wcf）表示只要纤维宽度和间距之和一定，承载 力与粘贴纤维片数量多少无关（如图 2c 中，若以相同的间距（scf+wcf）分别粘贴两片与三片的承载力计算 11,5,5,6,a,1,2,3,结果一样）。可见容易造成误导。 建议将公式修正为下式：,vb，cf=2 icfncfwcftcfcf，vecf（icfhcf/（wcf+scf）,（4）,式中，icf 为与剪切裂缝相交的有效粘贴的纤维片材的片数。 本工程中按竖直 u 形方式粘贴一层碳纤维布，为了保证足够的抗剪承载力，取碳纤维片材条带净间距 scf =0，其承担的剪力为 vb，cf。 ef 跨梁：hcf =800mm，=3.0，则 vb，cf=1.4510 n de 跨梁：hcf =500mm，=3.0，则 vb，cf=0.90610 n 3.3 加固前抗剪承载力 vb，rc 和加固后抗剪承载力的提高百分比 加固前抗剪承载力 vb，rc 按如下规范公式 计算。计算结果见表 1。,vb ,rc =,0.2 + 1.5,f cb ho + 1.25 f yv sv ho s,（5）,根据裂缝情况确定各梁端竖直粘贴碳纤维片材总宽度o（如图 2c），为保证有足够的竖直碳纤维布与 斜裂缝相交，取ohcf（见表 1）。最后在纤维上端贴上压条，使斜裂缝末端处有纵横纤维作用，以应对 该处的复杂应力状态。 可见,粘贴碳纤维布使梁的抗剪承载力提高了 43%62%。 4、结语 连续梁抗剪工作机理与简支梁不同，建议将连续 u 形粘贴抗剪加固形式按侧面粘贴形式考虑，以保证 加固设计的可靠性。 参考文献,gb502921999,民用建筑可靠性鉴定标准,中国工程建设标准化协会标准碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（征求意见稿）2000,12,gbj1089,混凝土结构设计规范,碳纤维复合材料(cfrp)加固技术在南京*百货商店改造工程中的应用 1、前言 碳纤维复合材料（carbon fiber reinforce plastic）加固修复混凝土结构技术是将碳纤维这种高 性能纤维材料应用于土木工程，利用与其相配套的树脂类粘结剂（建筑结构胶）将碳纤维粘贴到结构或构 件需要加固的部位表面，形成复合材料体（cfrp），通过其与结构或构件的协同工作，来提高结构或构件 的承载力和延性的一种新型加固工法。该工法与传统的结构加固技术相比，以其轻质高强、耐腐蚀性和耐 久性强、施工便捷、结结构影响较小等优点，广泛应用于国内外结构加固改造工程中。 2、加固方案设计依据 碳纤维材料加固混凝土构件，通常有以下几种方式：沿构件主轴方向粘贴碳纤维，以提高构件正 截面的抗弯能力；沿与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维，由碳纤维与原有箍筋共同分担剪力以提高构件的 抗剪承载力；沿与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维以改善加固部位的延性，提高其抗震性能。目前在国内 工程中应用最多的是第一种方式，即加固修复提高梁板正截面承载能力，使之满足使用功能要求。 南京*百货商店一期改造工程中，经过现场勘察和设计计算，发现结构第 1 层、第 2 层和第 5 层由 于使用功能的改变，局部梁抗弯承载力无法满足使用要求，经方案比较，采用在梁底通长方向粘贴碳纤维 布，梁端附加碳纤维布条制成 u 字箍，既对梁底碳纤维布有较好的锚固作用，也提高了梁端部的抗剪承载 力。局部改造平面如图 1 所示。,图1,南京*一期改造平面（一层局部）,1l003，300700mm（已有，要加固）；2l004，300700mm（已有，要加固）；3300800mm（已有，要加固）； 4原有大楼已竣工部分；5圆筒部分不变 3、工程简化计算方法 3.1 简化计算假定 根据平截面假定，碳纤维的应变略大于钢筋应变，为简化计算，可以近似认为碳纤维的拉应变等于 钢筋拉应变，这种简化是偏于安全的。按受力相等的原则，可以将碳纤维布的面积转化为等效钢筋面积， 即：,asefy= acfsfcfs,（1）,式中，acfs、fcfs、ase 和 fy 分别代表碳纤维布的面积、抗拉强度等效的钢筋面积和钢筋的抗拉强度； 为碳纤维布的强度折减系数。在工程应用中，对碳纤维的应变要加以限制也即控制碳纤维的实际拉应力， 13,、,表1,建议取 =2/3。碳纤维布的面积 acfs 取其净面积，即：,acfs = tcfs bcfs n,（2）,式中，tcfs、bcfs、n 分别为碳纤维布的计算厚度（mm）、幅宽（mm）和加固梁中碳纤维布的粘贴层数； 为碳纤维布的粘贴层数的折减系数，因为粘贴层数越多，层间共同协调工作程度降低，仅粘贴一层时取 =1。文献1给出了粘贴层数多于一层时的取值。 3.2 施工参数设计 在做碳纤维布加固受弯构件正截面承载力设计时，分别根据不同的截面类型，按照钢筋混凝土结构受 弯构件的正截面承载力设计公式，由外荷载的增加计算出所需补充受拉钢筋的面积。然后按式（1） 式（2） 设计碳纤维布布的布置参数。 3.3 等效配筋率的校核 碳纤维布的施工参数设计完后，还要满足截面等效配筋率的要求。,ss，max,（3）,式中等效配筋率；ss，max 等效最大配筋率，, =,ass b ho,; ss ,max =,0.8 f c 3300h ho f y 3300 + cf ,（4）,式中 b、h、ho截面宽度、高度和有效高度； fy钢筋的抗拉强度； ass构件中原配受拉纵筋面积（as）与粘贴碳纤维布的等效钢筋面积（ase）的总和，即 ass = as + ase； cf碳纤维布的允许拉应变，cf=2u，cfs/3， u，cfs为碳纤维布的极限拉应变。 4、碳纤维复合材料的选择 加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要有两种：碳纤维与配套树脂粘贴剂。碳纤维是高强度高弹 性模量材料，强度是钢材的十几倍。建筑粘结剂种类繁多，选择与某种碳纤维布相容性好的粘结剂是关键。 与碳纤维相配套的树脂粘结剂一般由 4 部分组成。即底层粘结剂、找平材料、浸渍树脂和防护材料。 底层粘结剂必须能渗透进混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；找平材料用来修补结构表面 的平整度，以便使用片材；浸渍树脂用以浸渍碳纤维片材在混凝土表面形成原位层板；防护材料用以保护 碳纤维片材免受外界条件的影响，延长其使用寿命。树脂粘结剂的粘结强度应大于混凝土的拉伸剪切强度， 且具有适宜的工作粘度，以便于施工操作。 经过多方面分析比较，选用德国 ep0300 碳纤维布，与其配套的粘结剂选用北京中煤矿山工程有限公 司研制的 jct-6 型碳纤维专用胶，其主要力学性能指标如表 1、表 2 所列。 碳纤维布（德国 ep0300）的性能指标,计算厚度 （） 0.167,抗拉强度 mpa 3550,弹性模量 mpa 2.35105,单纤维断裂伸长率 % 20.00,单纤维直径 10-6m 5.3,14,2,2,2 2,2,1,2,表2,粘结剂(jct-6 型)的性能指标,抗压强度 mpa 81,抗拉强度 mpa 31(7d),正拉粘结强度 mpa 16(7d),拉剪粘结强度 mpa 13(7d),5、本工程施工参数的设计 以本工程一层 2 号梁为例，梁长 l=7.74m,原配受拉筋 325 （1472 ），受压筋 222 （760 ）。由于营业面积的增加，使该梁线荷载增加至 45kn/m，以双筋正截面承载力计算，所缺受拉钢筋面积 为 271 ，由式（1）取 fcfs=3550mpa，则粘贴等效碳纤维布的面积 acfs=35 。施工时采用德国 ep0300 碳纤维布，单层厚度为 0.167 ，幅宽为梁底宽 300 ，粘贴一层（面积 57.8 ）,即满足抗拉要求.等 效配筋率=0.54%，等效最大配筋率s，max=0.74%，即加固后属适筋梁。另外，端部设 4 道 u 字箍为构造 锚固措施。梁加固方式如图 2 所示。,图2,梁加固方式示意图,(a)-立面；(b)剖面 1-梁底粘贴碳纤维布一层；2梁端部 u 字箍 6、施工工艺 6.1 碳纤维复合材料加固混凝土结构施工工艺流程 混凝土结构表面处理配制并涂刷底层粘结剂面层找平处理粘贴树脂的配制并侵润碳纤维布 粘贴碳纤维布表面防护。 6.2 施工要点 混凝土表面的处理程度直接影响加固效果。表面要打磨平整直至露出新面，涂底层粘结剂前，再 用丙酮清洗一遍。 碳纤维布一定要用粘贴树脂浸润透，尽可能让粘结剂充分渗入碳纤维单丝之间的空隙中，提高各 单丝之间的共同工作性能。 浸润后的碳纤维布用手轻压贴于需要的位置，用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两 边溢出，保证碳纤维布与结构之间密实无空洞，或者有效粘贴面积不小于 95%。 碳纤维片材沿其纤维方向折直角会导致应力集中，影响其强度发挥。施工时将角部磨成圆角，可 减缓应力集中，碳纤维布的强度基本不受影响。 7、施工效果 本工程自 2001 年 4 月竣工，投入正常使用近 1 年，没有出现任何质量问题，施工效果良好。 参考文献 赵彤，谢剑著.碳纤维布补强加固混凝土结构新技术.天津.天津大学出版社，2000 中国工程建设标准化协会标准碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（征求意见稿）2000 15,表1,表2,钢筋混凝土框架梁粘碳纤维加固现场加载试验 1、工程概况 由于功能的改变，某国税局住宅楼部分钢筋混凝土框架荷载增加，原有截面及配筋不满足要求，为 满足结构功能要求，需进行补强加固。经分析认为，采用碳纤维（cfrp）加固比较合理，采用碳纤维加固 梁、板及柱，武汉大学及武汉长江建筑工程技术有限责任公司已进行了大量的试验研究，并已成功地应用 于工程实际加固中，如广西工学院学生礼堂屋面板加固、湖北工学院体育馆的加固等。但由于该种新材料 的研究及应用尚处于起步阶段，相应的技术规程尚未颁布实施，又因本次是对整栋大楼的加固，为进一步 分析研究碳纤维加固后的性能，确保加固后结的可能性，我们对该楼中的两梁进行了粘贴碳纤维加固，并 按设计院提供的荷载进行了现场加载试验研究。 2、试验材料 用于结构加固修补的碳纤维材料强度为普通建筑用钢的 10 倍左右，弹性模具与建筑用钢板在同一水 平上并略有提高，是一种很好的结构加固修补材料。实际加固修补用面碳纤维材料为碳纤维织物，并有各 种不同型号与尺寸。本次试验用 cfrp 及粘贴结构胶 yzj，其性能见表 1、表 2。 结构加固修补用碳纤维材料 l300-c 主要性能指标,抗拉强度设计值 mpa 3550,弹性模量 mpa 2.4105,延伸率 % 2.0,密度 （m-3） 1790,耐腐蚀性 优,浸透性 良好,均匀度 良好,粘贴 cfrp 用长江牌（yzj）建筑结构胶力学性能,抗拉强度 mpa 3035,抗剪强度 mpa 2430,与混凝土粘贴强度 mpa 2.2,适用温度 -40+70,弹性模具 gpa 56,3、计算分析 采用碳纤维加固梁极限承载力的计算与普通混凝土梁有所不同。基本假定为：梁受弯后，混凝土、 钢筋及碳纤维应变符合平截面假定；混凝土、钢筋的应力-应变关系按现行国家规范取用；不考虑受 拉区混凝土的作用；碳纤维材料的拉应力取碳纤维材料弹性模量与其拉应变的乘积，即f=effo 根据上 述假定，截面分布见图 1，由平衡条件可得：,f bx=fas+ffaf m=12ffaf（h-x/2）+fas（ho-x/2）,（1） （2）,其中，1 为碳纤维材料强度折减系数，根据我们对 9 根混凝土梁粘贴碳纤维试验，可偏于安全取 1=0.60.8；2 为碳纤维材料与原有钢筋的共同工作系数，加固构件属于二次受力结构，若原结构受力 太大，碳纤维材料就不易达到强度设计值。为使碳纤维材料尽早地参加工作，故在实际工程加固时应尽可 能地卸载，否则，在设计时应根据具体情况乘以共同工作系数2，2 可取 0.81.0。本次加固前，已将 大部分楼面板打掉。 按上述公式计算，为满足设计要求，kl307 梁需粘一层碳纤维，l302 梁需粘二层碳纤维，其尺寸每 层为 0.167 200 3200 。 4、现场加载试验 16,图2,4.1 检测内容 根据设计院设计的加固图纸，对该住宅楼中 的两根框架梁进行现场加载试验，加载的两根梁名 称为：8 轴 cf 轴跨 kl307 梁；e 轴 24 轴 跨 l302 梁，加载示意见图 2。在对框架梁粘贴碳纤 维后，主要就以下内容进行测试： 在荷载作用下混凝土、碳纤维的应变； 在标准荷载作用下的挠度； 在标准荷载作用下混凝土梁裂缝的开展情 况； 在标准荷载作用下梁受压区高度的变化情况。 试验梁分 5 级加载，由于荷载较大，采用千斤顶及砂袋加载。 4.2 应变片的位置 在试验梁最大弯矩处顶、底、侧面及碳纤维表面分别粘贴应变片，见图 2。安装千分表或百分表，实 测在各级荷载作用下的挠度、应变，并观察裂缝发展情况等。 kl307、l302 梁加载及测点布置示意图 (kl307 梁的 10 号测点为受拉主筋) 粘贴碳纤维时，必须将混凝土表面打磨平整、清理干净；转角粘贴处（如 u 形箍）应打磨成圆弧状， 以保证碳纤维布与混凝土有良好的粘结。现场裁剪碳纤维布，分段粘贴时搭接长度不小于 100 ，粘贴时 用辊子滚压，挤出气泡。cfrp 加固修补混凝土结构施工工艺与步骤见图 3。,图4,kl307 梁截面应变实测值,图5,l302 梁截面应变实测值,1标准荷载，2设计荷载,1标准荷载，2设计荷载,5、试验结果及分析 5.1 截面沿梁高的应变分析 试验过程证明，碳纤维片材与梁底混凝土未出现分离现象，由 kl307 梁实测应变（表 3）及平均应变 分布（图 4）、l302 梁实测应变（表 4）及平均应变分布（表 5）表明，碳纤维片材加固后的梁，其平均应 变的分布可以认为符合平截面假定。 17,图3,5.2 挠度分析 kl307 梁、l302 梁在加载过程中跨中荷载与挠度曲线见图 6，在达到标准荷载时，实际挠度远远小于 容许挠度，基本处于弹性状态，试验证明，未粘碳纤维梁与粘碳纤维梁相比，粘贴碳纤维的梁钢度增加， 挠度减小。 （准备工作） 临时设施工程（脚手架等） （铺贴碳纤维工作） 绘制碳纤维布的设计图 剪切碳纤维布,（基层处理工作） 修补裂缝 去除损伤劣化混凝土 表面打平，将转角打成圆弧状 （涂敷基底结构胶工作） 确认混凝土表面状态搅拌、涂敷基 底结构胶， 利用腻子整平结构表面,铺贴基准放线 确认基底结构胶面状态 当多层铺设时 搅拌浸渍结构胶 涂浸结构胶 铺贴碳纤维布 表面涂浸渍结构胶 cfrp 加固修补混凝土结构施工工艺与步骤,表3,kl307 梁截面应变实测值,10,-6,荷载/kn p1=12，p2=50 p1=42，p2=107 p1=72，p2=164 p1=84，