混凝土结构加固资料集.docx

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混凝土结构加固资料集

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1,碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨12,碳纤维在某通信机房加固中的应用53,南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计94,碳纤维复合材料（CFRP）加固技术在南京新街口百货商店改造工程中的应用135,钢筋混凝土框架梁粘碳纤维加固现场加载试验166,碳纤维材料在某公共建筑抗震加固中的应用207,玻璃纤维聚合物在腐蚀环境下补强加固工程中的应用238,混凝土结构碳纤维加固技术及其适用性279,碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力设计方法的研究3110,碳纤维布加固预应力混凝土空心板新技术3511,高强复合纤维材料加固混凝土结构技术的应用3812,碳纤维布加固混凝土梁截面刚度计算4013,锈蚀钢筋混凝土结构防护与加固4314,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4915,CFRP加固某大厦框架柱抗震性能的设计与施工5316,碳纤维材料在桥梁加固工程中的应用5717,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6118,纤维薄板加固混凝土刚架拱桥的工程实践6519,碳纤维材料加固混凝土梁板技术在实际工程中的应用697220,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7822,楼板开洞改造有限元分析及粘贴碳纤维加固方法8523,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8724,碳纤维加固技术在桥梁补强工程中的应用90

碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨徐洪平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（CarbonFibreReinforcedPoly-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碳纤维布加固的依据及前提4.1碳纤维布加固的依据⑴某制药厂提供的保太松车间图纸.⑵屋架的腐蚀情况.⑶薄腹梁的实际检测强度.⑷《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ρmin≤ρ≤ρmax,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

2

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（R≥10mm）,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⑴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.⑵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.⑶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.⑷涂底胶将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.⑸找平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,用刮板将位应用修补胶填补,尽量减少高度差.⑹粘贴碳纤维布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.⑺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.⑻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

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.

表1抗拉强度弹性模量（MPa）（MPa）50002.35×10

5

结构加固修补用碳纤维材料（CFRP-T700S）主要性能指标延伸率（%）2.1表2密度（g/cm）1.8碳纤维织物数据径向密度径向纤维碳纤维纬向重量比例%1表3纬向纤维根/cm尼龙线碳布宽度（mm）610建筑结构胶主要技术性能指标JGN-C粘贴碳纤维专用胶白色蜡状膏体棕色液体>30.0>20.0>50.0>30.0<5000cp（不流挂）0.6～1.0kg/m>90min<3.0h甲:

乙=3:

1

23

耐腐蚀性优

浸透性良好

均匀度良好

单位面积重量（g/m）220径向重量比例%99

2

纬向密度根/cm1.6积层厚度为加入树脂后其纤维体积含量为50%时的厚度

2.65积层厚度（mm）0.2

结构胶名称作用甲组分外观乙组分粘接拉伸强度（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）

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强度（混凝土-混凝土）混凝土破坏

0.25～0.3kg/m可使用时间指干时间（20℃时）甲:

乙=3:

1

2

20～40min2h

使用温度

10～35℃

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）,

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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

碳纤维在某通信机房加固中的应用姜安庆陆洲导王李果碳纤维增强聚合物（CarbonFibreReinforcedPoly-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2.5KN/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Ⅰ级钢筋,梁受力筋为Ⅱ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.

22

图1机房加固平面

2,材料特性⑴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型号ST200单位面积质量（gcm）200

-2

碳纤维布主要性能指标设计厚度mm0.111设计抗拉强度弹性模量Ecf/MPa2.3×10

5

fcf/MPa

3400

⑵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>28JGN型建筑结构胶主要性能指标剪切强度MPa>18>18适用温度℃0～380～380～38可使用时间min15～30>40>605MPa>50>50压缩强度

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:

σcf=Ecf×εcf.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χ≥2a'时,fcmbx+fy'As'=fyAs+σcfAcfMu≤σcfAcf（h-χ/2）+fyAs（h0-χ/2）-fy'As'（χ/2-as'）当χ<2a'时,fcmbx+fy'As'=fyAs+σcfAcfMu≤σcfAcf（h-as'）+fyAs（h0-as'）

（2）

（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x≤ξcfbh时,其极限弯矩:

Mu≤fyAs（h0-0.5gξcfbh）+Ecf[εcf]Acf（1-0.5ξcfb）其中,界限相对受压区高度:

ξcfb=0.8εcu/（εcu+[εcf]）3.3次梁加固设计次梁截面:

b×h=400mm×500mm,As=As'=1018mm2截面弯矩:

Mu=242Knm3.3.1按实用公式计算首先估算混凝土受压区高度χ≈12mm<2as'根据公式

（2）,解得:

Acf=53.1mm

6

2

（3）

3.3.2按规程公式计算界限相对高度:

ξcfb=0.8×0.003/（0.0033+0.01）=0.1985χ≈12mm<ξcfbh=89.3mm根据公式（3）,解得:

Acf=51.7mm

2

3.3.3设计结论两种计算结果相比较,其误差[δ=（53.1-51.7）/53.1=2.64%]在工程设计误差许可范围之内.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主梁加固设计主梁截面:

b×h=500mm×550mm,As=2233mm,As'=1960mm极限弯矩:

Mu=450Knm3.4.1按实用公计算首先估算混凝土受压区高度:

χ≈29.5mm<2as'根据公式

（2）,解得:

Acf=112.1mm3.4.2按规程公式计算界限相对受压区高度:

ξcfb=0.1985χ≈29.5mm<ξcfbh=89.3mm根据公式（3）,解得:

3.4.3设计结论两种计算结果相比较,其误差[δ=（112.1-109.3）/112.1=2.5%]在工程设计误差许可范围之内.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.

22222

Acf=109.3mm

2

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

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⑴清除加固梁底及U型箍处吊筋等障碍物.⑵用砂轮机将粘贴部位打磨平整,U型箍转角处打磨成R≥20mm的圆弧状,用吹风机清除浮尘并刷丙酮去脂.⑶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.⑷用整平材料补树脂（JGN-F）修复,填补不平整部位.⑸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）.⑹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:

⑴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.⑵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.⑶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12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

南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计杨建中熊光晶刘金伟谢慧才刘金华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:

1～2层为餐饮,3～4层为桑拿,5～6层为卡拉OK歌舞厅.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,在造成安全隐患.

2

图1

结构平面E-F轴梁尺寸为250mm×900mm

D-E轴梁尺寸为250mm×600mm

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0.1～0.3mm.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:

250mm×600mm;E-F跨梁截面尺寸:

250mm×900mm,各梁的剪跨比均大于3,取λ=3.

9

[1]

根据检测结果可知:

混凝土强度均大于22MPa,取C22;箍筋为φ8mm,屈服强度为210Mpa,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=2.1×10MPa,极限应变εcuf=1.5%.3.2竖直粘贴加固设计按我国在编规程

[2]5

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≤Vb,rc+Vb,cf

Vb,cf=φ

23

2ncfwcftcfεcf,vEcfhcf（scf+wcf）

（2）

εcf,v=（0.2+0.12λ）εcfu

（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

计算;

Vbcf为碳纤维片材承担的剪力;εcf,v为达到受剪承载力极限状态时碳纤维片材的应变;φ为碳纤维片材受剪加固形式系数,对封闭粘贴取φ=1.0,对U型粘贴取φ=0.85,对侧面粘贴取φ=0.70;λ为剪跨比.应该指出,上述公式

[2]

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A～D范围粘贴效果最佳,而在C～F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A～D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

2c中的C～F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B～E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