预应力碳纤维板加固受弯构件的延性控制方法_尚守平
建筑结构学报 Jour nal of Bu ildi ng Structures
第30卷第1期2009年2月
Vol 130No 11Feb 12009
010文章编号:1000-6869(2009)01-0068-07
预应力碳纤维板加固受弯构件的延性控制方法
尚守平1
,彭 晖2
,汪 明1
,金勇俊
1
(1.湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082;2.长沙理工大学土木与建筑学院,湖南长沙410076)
摘要:碳纤维增强复合材料是一种脆性材料,其变形能力远低于钢材,应用于建筑及桥梁结构加固有可能削弱原结构的延
性。预应力碳纤维加固技术具有充分利用材料性能,改善结构应力分布的优点,但对碳纤维施加预应力将伴随产生初始应变,碳纤维的剩余变形更少,对加固结构延性的影响也更大。本文对碳纤维面积、初始应变等参数与结构屈服曲率、破坏曲率之间的关系进行推导,通过确定延性系数来设计碳纤维的加固参数,以达到控制结构延性的目的。在此基础上根据推导的结果进行实例分析,并将延性控制的计算结果与已有的试验研究结果进行对比,试验结果与理论计算结果吻合良好,表明提出的延性控制方法正确有效。
关键词:钢筋混凝土梁;碳纤维;加固;延性控制中图分类号:TU3751102 文献标识码:A
Ductile controlli ng met hod of flexualme mbers strengthened w it h prestressed carbon fi ber rei nforced pl oy mer plate
S HANG Shoup i ng 1
,PENG H ui 2
,WANG M i ng 1
,JIN Yongj un
2
(1.C i v ilEng i neeri ng College,H unan Un i versity ,Ch angsha 410082,C h i na ;
2.S chool ofC i vil Engi n eeri ng and Arch i tecture ,Changsha Un i versity of Science &Technol ogy ,C hangs ha 410076,Ch i na)
Abstract :Because car bon fi ber rei nforced po l y m er (CFRP)co mposite is a brittle materi a l and its defor m ability is far bel o w stee,l so if it is applied to strengtheni ng of buil d i ng and bri dge struct ures the ductility of original str ucturesm ay w ell be reduced .A lthough prestressed CFRP strengtheni ng tec hnique possesses many m erits such as f ull utilization of m aterial pr operty and m i prove of the distri but i on of structural stress ,the i n itial stai n o f carbon fi ber generates due to pretensi on and the re m ai ning defor m at i on o f car bon f i ber is reduced ,so the prestressed CFRP has m i portant i nfluences on the ductility of str uctures .The relati onship of the sect i onal area a nd i nit i al strai n o f CFRP to the y iel d c ur vature and
failure cur vat ure o f str uctures are i nvestigated i n th i s paper and the strengt heni ng para m eter i s deter m i ned by ductility factor w ith the purpose o f contr o lling structural duct ility .A case analysis wasm ade based on the results of derivation and the co mputational results .
It can be found fro m t he co m parison bet wee n the co mputat i ona l results and the
experm i ental resu lts that the duct ility c ontrolli ng m et hod is quite efficient .
K ey wor ds :reinf orced concrete bea m;carbon fi ber re i nforced poly mer ;strengthened ;duct ile controlli ng
基金项目:湖南省交通厅科技项目(200412)。
作者简介:尚守平(1953) ),男,山东黄县人,教授。收稿日期:2007年10月
0 引言
目前,外部粘贴碳纤维增强复合材料加固技术得到了越来越广泛的应用,大量的桥梁及建筑结构
正在或将使用这种材料进行加固。但是,碳纤维是一种脆性材料,其应力-应变全过程为线弹性,当应力
达到其极限拉伸强度时,碳纤维即被拉断,不具有类似钢材的屈服段,同时碳纤维的极限变形能力也低于钢材。为此,采用外部粘贴碳纤维板加固,需要仔细对受弯构件的延性进行设计,以保证结构具有所需要的变形能力[1]
。因此,许多学者对碳纤维加固受弯构件的延性计算展开了研究[2-4]。丁寿安、徐吉
恩等[5]
对采用碳纤维加固的双筋T 形截面梁的延性
系数建立了一套计算方法;马芹永、涂智溢等[6]
分析了碳纤维加固的受弯构件在二次受力状态下的延性系数计算方法;余琼、陆洲导[7]
研究了碳纤维加固结构的延性性能,认为碳纤维加固构件的截面曲率延性系数、位移延性系数较未加固构件减小;殷惠光、
李秉南[8]
对外贴碳纤维片材加固的受弯构件的延性性能进行了研究,认为碳纤维的用量和滞后应变是影响加固构件延性的主要因素。
当采用外部粘贴预应力碳纤维板加固时,由于施加预应力的过程中碳纤维板已产生了一定的变形,这一点就显得尤为重要。本文试通过推导碳纤维板加固量及初始应力水平的计算方法,设计合适的碳纤维板加固量及初始应力水平来控制预应力碳
纤维板加固试件的延性。
图1 截面应力、应变分布
F ig .1 S tress and stra i n distri buti on of secti on
1 截面分析
进行受弯构件加固设计时,材料性能确定的条
件下,碳纤维板的加固量以及初始应力水平是控制截面延性的关键参数。在碳纤维板的初始应变已确定的情况下,如果碳纤维板的截面面积相对过小,则混凝土的压应变较小时碳纤维板已耗尽所有变形能力而拉断,延性可能小于设计要求。如果碳纤维板的截面面积过大,则碳纤维板的变形增长很小时,受压区混凝土即已被压碎,延性同样可能无法满足工程需要。当碳纤维板的截面面积给定时,碳纤维板的初始应力水平同样会影响受压区混凝土的边缘应变。碳纤维板面积较大时,初始应力水平过高,混凝土可能很早被压碎,碳纤维板面积较小时,初始应力水平过高,可能会造成碳纤维板剩余变形能力不够,混凝土应变还较小而碳纤维板已被拉断。因此,需要仔细地设计碳纤维板的加固截面面积以及初始应力水平,避免截面的受拉构件太弱或太强致使截面延性不足。本文试通过内力平衡及平截面假定等协调关系以及材料应力-应变本构关系,提出根据确定的目标延性系数反算碳纤维板加固量或初始应变的计算方法。
2 基本假定与定义
为简化计算,作如下假定与定义:
(1)构件弯曲变形符合平截面假定。
(2)取受压钢筋应变近似等于受压区混凝土边缘应变。
(3)忽略胶粘剂层及碳纤维板的厚度,取碳纤维板受力中心至受压混凝土边缘的距离为截面高度。
(4)受力钢筋与混凝土之间以及碳纤维与混凝土之间没有滑移,应力、应变连续。
(5)混凝土的受压应力-应变关系取用上升段-水平段两端曲线
R c =2[(
E c
E 0)-(E c E 0)2]R 0 (0[E c R c =R 0 (E 0[E c [E cu )(1) 式中,R c 为混凝土压应力;E c 为混凝土受压应变;R 0为混凝土峰值压应力;E 0为对应峰值应力的混凝土受压应变;E cu 为混凝土极限压应变。 (6)钢筋被认为是理想弹塑性材料,不考虑其强化部分提高的强度,其应力-应变关系为 R s =E s E s (E s [E y ) R s =f y (E s >E y ) (2) 式中,R s 为钢筋应力;E s 为钢筋弹性模量;E s 为钢筋应变;f y 为钢筋屈服强度。 (7)碳纤维板被认为是完全弹性材料,其应力-应变关系为 R frp =E fr p E frp (E fr p [E fr pu ) (3) 式中,E fr p 为碳纤维拉伸弹性模量;E frp 为碳纤维拉应 变,E frp u 为碳纤维拉伸极限应变。 (8)碳纤维板的初始应变E i 定义为受拉钢筋应力为零时碳纤维板的拉伸应变。 3 控制方法 预应力碳纤维加固的受弯构件的截面应力、应变分布如图1所示。 311 受拉钢筋屈服时截面曲率计算 受拉钢筋屈服时的截面曲率为 f y /E s h 0-h c = f y /E s h 0(1-E c E c +f y /E s ) (4) 另外根据平截面假定,有 E fr p =h -h c h c E c (5) 根据屈服截面的内力平衡,有 F c +R c s A c s =f y A s +R frp A frp (6) 当延性系数较大时,钢筋屈服时受压区混凝土的边缘应变一般小于E 0,因此受压区合压力F c =b R 0(E c h c E 0-E 2 c h c 3E 20 ),则有b R 0( E c h c E 0-E 2 c h c 3E 20 )+E c E s A c s =f y A s +(E frp +E i )E fr p A fr p (7) 式中,E i 为碳纤维板的初始预应变。 将式(5)代入式(7),则有 b R 0(E c h c E 0-E 2 c h c 3E 20 )+E c E s A c s =f y A s +( h -h c h c E c +E i )E fr p A fr p (8) 求解式(8)得 A frp = b R 0(E c h c E 0-E 2c h c 3E 20 )+E c E s A c s -f y A s (h -h c h c E c +E i )E frp (9) 根据平截面假定,有 h c =E c E c +f y /E s h 0 (10) 312 破坏时截面曲率计算 取破坏形式为混凝土被压碎,且受拉钢筋也已屈服,则截面曲率为 E cu h cu (11) 式中,E cu 为混凝土极限压应变;h cu 为构件破坏时的 受压区高度。 根据截面内力平衡,有 F c +E cu E s A c s =f y A s +R fr p A fr p (12) 由于此时受压区混凝土边缘应变达到极限压应变E cu ,因此受压区合压力F c =b R 0h cu -b R 0E 0h cu 3E cu , 并且受压区钢筋也已达到屈服强度,所以有 b R 0(1-E 03E cu )h cu +f c s A c s = f y A s +(h -h cu h cu E cu +E i )E fr p A fr p (13) 将式(13)整理成关于h c 的一元二次方程 b R 0(1-E 03E cu )h 2cu +(f c s A c s +E cu E fr p A fr p -f y A s -E i E frp A frp )h cu -E cu E fr p A fr p h =0 (14) 可以得到h cu 的解如下 h cu = -B +B 2 -4AC 2A 式中 A =b R 0(1-E 0 3E cu ) B =f c y A c s +E cu E fr p A fr p -f y A s -E i E frp A fr p C =-E cu E fr p A fr p h (15) 313 曲率延性系数计算 曲率延性系数通过比较结构受拉钢筋屈服时与破坏时的截面曲率,反映出结构在钢筋屈服之后仍 然具有的变形能力,表达式如下 L <= (16) 控制加固结构的延性需要在设计中首先确定结构所需要拥有的延性变形能力(曲率延性系数),从而根据这一目标计算确定对结构进行预应力碳纤维加固时的合适加固量或加固材料初始应变。确定结 构设计的目标曲率延性系数L <后,当碳纤维初始应变E i 为给定量时,则通过式(16)来计算得到碳纤维加固量A frp ,但该式中包含未知量:钢筋屈服时的受压区混凝土边缘应变E c 及受压区高度h c 。将式 (9)、(10)、(15)代入式(16),则可以求得未知量E c 与h c 。求解E c 后,根据式(9)、(10)可以求得满足延性设计要求的加固用预应力碳纤维板截面面积A frp 。 当A frp 为给定量时,则需计算合适的碳纤维初始 应变E i ,由式(8)可以得到 E i = b R 0(E c E 0-E 2 c 3E 20 )h c +E c E s A c s -f y A s -( h h c -1)E c E frp A frp E frp A frp (17) 联立式(10)、式(17),则可以得到消去了受压区 高度h c 的E i 。 E i = M N (18) M =-b R 0h 2 0E 3 c +3E 0(b R 0h 2 0+E 0h 0E s A c s -E 0E fr p A fr p h +E 0E fr p A frp h 0)E 2 c +3E 2 0(h 0f y A c s -h 0f y A s -2 E frp A fr p h f y E s +E fr p A frp h 0f y E s )E c -3E 2 0(h 0A s f 2y E s +E frp A frp h f 2 y E 2s ) N =3E 2 0h 0E fr p A fr p E c +3E 2 0h 0E fr p A fr p f y E s 取定目标L <后,联立式(18)、式(16),则可以求得受拉钢筋屈服时的受压区混凝土边缘应变E c 与受压区高度h c 。求解E c 后,根据式(18)可以求得满足延性设计要求的加固用预应力碳纤维板初始应变。 需要指出,求出E c 后,需按照式(11)及式(15)校验破坏时的受压区混凝土边缘应变及碳纤维板应 变,如果荷载引起的碳纤维应变增长与初始应变之和超过碳纤维拉伸极限应变,则需重新计算E cu 与h cu (此时构件破坏形式为碳纤维板被拉断,混凝土可能未达到极限压应变,因此需求解破坏时的混凝土压应变)。根据内力平衡,修改式(13),得到 b R 0(1-E 03E cu )h cu +f c y A c s =f y A s +f fr p A frp (19) 根据应变协调可以得到 E cu h cu =E frpu -E i h -h cu (20) 式中,E frp u 为碳纤维板极限拉伸应变。 将式(20)代入式(19)中,可以得到 E cu =b R 0h E 0+3(f y A s +f frp A fr p -f c y A c s )(E fr pu -E i ) 3(b R 0h +f c y A c s -f y A s -f fr p A fr p ) (21) 将式(21)代入式(11),求出 4 实例分析 文献[9]进行了预应力碳纤维板加固受弯构件的试验研究,如图2、图3所示。本文试根据前述公式对试验研究的试件进行分析,并将计算结果与试 验结果进行比较。 图2 预应力碳纤维板加固受弯构件试验 F ig .2 T est o f beam s strengthened w it h prestressed CFRP plate 试验研究中试件数据为:全长3200mm,净跨3000mm,截面尺寸为160mm @300mm,剪跨长度为1200mm,纯弯段长度为600mm,截面底部配有 220的HRB335热处理钢筋,顶部配有2 12的HRB335钢筋, 箍筋为8@100,混凝土立方体抗压强度为4113M P a ,加固用的碳纤维板抗拉强度为2475M Pa ,拉伸弹性模量为165GPa ,试件PRS2、PRS4对碳纤维板施加的初始应变为01006, 碳纤维板截面 图3 试件荷载-挠度曲线 F i g .3 Curv es of load -defor m ation o f the spec i m ens 面积为70mm 2 。 根据试件参数取计算参数如下:b =160mm,h =300mm,h 0=265mm,R 0=f c =2715M Pa ,f y =f c y =335M Pa ,f fr p =2475M Pa,A s =628mm 2 ,A c s =226mm 2,E s =200GP a ,E frp =165GPa ,E 0=01002,E i =01006,E cu =010035,E frp u =01015。 取L <=3,根据式(9)、(10)及式(16)计算得到截面受拉钢筋屈服时混凝土受压边缘纤维应变E c =1142@10-3 ,将E c 代入式(9)、(10)计算得到碳纤维 板加固面积A frp =87195mm 2 。将碳纤维板加固面积代回式(15),求得h cu =9919mm 。将h cu 代入式(5)得到荷载引起的碳纤维应变增长E frp =01007。进行碳纤维板拉伸应变的复核,E frp +E i =01007+01006=01013 试验研究中初始应变为01006的试件PRS2破坏挠度与受拉钢筋屈服时的挠度之比为2147,根据受压区混凝土平均应变与碳纤维板平均应变计算出受拉钢筋屈服时截面曲率 =2131,较计算中取定的目标延性系数L <小。这是由于接近破坏时碳纤维板与混凝土之间产生较严重的剥离,碳纤维板形成无粘结预应力,其应变与混凝土受拉区边缘应变已不协调。图4为试件PRS2的荷载-曲率曲线,可以看到钢筋屈服之后荷载-曲率关系在最初维持较好的线性,碳纤维板与混凝土之间产生剥离裂缝之后这种线性无法保持,最终由于剥离以及受压区混凝土开裂引起的测量误差甚至出现了荷载与曲率都减小。这一阶段碳纤维板应变,远小于实际的受拉区边缘应变,使得根据试验结果计 算的曲率小于实际的截面曲率。图5为试件PRS2 跨中挠度与纯弯段截面曲率的关系曲线,同样可以看到,在钢筋屈服之前,截面曲率与跨中挠度之间维持较好的线性关系,钢筋屈服之后,由于只有纯弯段截面钢筋屈服,剪弯段截面弯曲变形仍维持线性,使得曲率增长与跨中挠度增长之比增大,在曲率-跨中挠度曲线上出现了转折,但钢筋屈服之后最初的一段曲率-跨中挠度曲线仍呈现较良好的线性,之后由于碳纤维板从混凝土剥离,曲率计算值小于实际值,曲率-跨中挠度曲线斜率降低,曲线趋向水平。对曲率-跨中挠度曲线屈服后维持线性的一段进行线性拟合,并根据拟合结果及试件破坏时挠度外推破坏时纯弯段截面曲率,计算求得 弯构件延性。 图4 试件PR S2荷载-曲率曲线 F i g .4 Curve of load -curva t ure of spec i m en PRS2 图5 试件PR S2曲率-跨中挠度曲线F i g .5 Cu rve of curvature -defl ec ti on a tm i d -span o f speci m en PR S2 试件PRS4的参数与P R S2相同,但在剪弯段内设置了4道角钢压条以抑制碳纤维板与混凝土之间的剥离。试件破坏挠度与钢筋屈服时挠度之比为 2145,根据受压区混凝土边缘应变平均值与碳纤维板应变平均值计算出的截面屈服曲率 图6 试件PRS4荷载-曲率曲线 F i g .6 Curve of load -curvature of spec i m en PRS4 图7 试件PRS4曲率-跨中挠度曲线 F i g .7 Curve of curv at ure -defl ection a tm i d -span o f speci m en PR S4 假定构件需满足更大的延性要求,取L <=5,根据式(9)、(10)及式(16)计算得到纯弯段钢筋屈服时截面受压区混凝土边缘纤维压应变E c =11125@10-3 ,将E c 代入式(9)及式(10)求得A frp =26139mm 2 。 校核这一结果,将A frp 代入式(15),计算得到h cu =66126mm,将h cu 代入式(5),求得E fr p =010123。E frp +E i =010123+01006=010183>E frp u =01015,因此A frp 需要重新计算。根据式(21),得到E cu =010026,h cu =67123mm,将E cu 与h cu 代入式(11),求得 ,将E c 代入式(9)及式(10),求得A fr p =-121161mm 2,很明显这一结果不正确,表明用此种材料性能的碳纤维板加固该截面试件,其延性系数无法达到5这一目标值,需要换用弹性模量较低的碳纤维板。 试验研究中试件PRS3的碳纤维板加固面积A frp =63mm 2 ,初始应变E i =010075,其余参数与试件PRS2相同。本文试在确定碳纤维板加固面积的条件下通过前述公式计算达到目标延性系数所需要的碳纤维板初始应变。取L <=3,根据式(16)及式(18),计算得到纯弯段钢筋屈服时截面受压区边缘纤维压应变E c =11461@10-3 ,将E c 代入式(18),求得碳纤维板初始应变E i =010082。这一结果略大于试件PRS3的实际碳纤维板初始应变。校核计算得到的E i ,将E i 代入式(15),得到h cu =98169mm,将h cu 代入式(5),计算得到E fr p =010071,E frp +E i =010153U E fr pu =01015,因为E frp u 取得较保守,因此可以认为计算得到的E i 是有效的。 试件PRS3纯钢筋弯段钢筋屈服时截面曲率 5 结论 通过本文工作可得到如下结论: (1)通过对平截面假定及内力平衡等进行变换 可以得到预应力碳纤维板加固量或初始应变与截面 图8 试件PRS3荷载-曲率曲线 F i g .8 Curve of load -curvature of spec i m en PRS3 图9 试件PRS3荷载-曲率曲线F i g .9 Curve of curv at ure -defl ection a tm i d -span o f speci m en PR S3 破坏时曲率较钢筋屈服时曲率比值的关系式,从而通过设计碳纤维板加固面积或碳纤维板初始应变控制预应力碳纤维板加固的受弯构件的延性。 (2)与试验研究结果的比较证明,本文推导的公式正确有效,可在一定精度范围内控制预应力碳纤维板加固的受弯构件的延性。 参 考 文 献 [1] Saadat m anesh H,M a l ek A M.D esi gn gu i deli nes for fl exura l streng t hen i ng o f RC bea m s w ith FR P p l a tes [J].Journal o f Co m po site for Construction ,1998,2(4):158-164. 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[9]腾智明.钢筋混凝土基本构件[M].北京:清华大学 出版社,1999.(T eng Zh i m ing.R e i nforced concrete m e m bers[M].Be iji ng:T si nghua U n i ve rsity P ress, 1999.(i n Chi nese)) 预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力试验研究 发表时间：2018-12-15T18:09:59.157Z 来源：《防护工程》2018年第23期作者：姜鸿白明举何杰马倩[导读] 本次研究对8根试件采用碳纤维板锚具和张拉装置，进行碳纤维板加固混凝土梁的抗弯性能测试 贵州省都匀公路管理局贵州都匀 558000 摘要：本次研究对8根试件采用碳纤维板锚具和张拉装置，进行碳纤维板加固混凝土梁的抗弯性能测试，以此来了解预应力、配筋率以及加固长度和高度对于加固效果的影响，并且对不同加固条件下的混凝土梁的破坏形态、承载能力以及裂缝等情况进行了对比分析。结果显示，预应力碳纤维板加固能够提高混凝土梁的承载能力。 关键词：预应力；碳纤维板；加固； 碳纤维加固混凝土结构是近几年来在工程中一种受到较为广泛应用的结构加固技术。相较于传统的混凝土加固技术，碳纤维具有节省空间、施工方便、不需要进行现场固定设施以及耐久性能好、强度高等优点；并且使用碳纤维加固混凝土不仅能够有效地提高建筑物的寿命，还能够降低工程的加固成本，实现经济效益。因此，在工程中碳纤维越来越受到了工程单位的青睐[1]。有相关的研究显示，普通的粘贴碳纤维板的加固技术不能够充分发挥材料的高强度性能，而对碳纤维板施加预应力则能够达到最佳的效果。本次研究就设计8根试验梁，使用碳纤维板锚具和张拉装置对其进行加固，然后将预应力碳纤维板侧贴在混凝土梁上，以此了解预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力的效果。 1试验设计 1.1试验目的 对预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力进行研究。通过对不同预应力、规格、粘贴高度和长度以及配筋率等条件不同的碳纤维板进行试验，了解相关参数对加固梁承载能力的影响，比较分析该种加固法对混凝土梁的承载力、抗弯刚度以及抗裂性能等情况的影响。 1.2试件设计 本次试验一共设计了8根钢筋混凝土梁进行抗弯试验，试件强度设定为C30，试件全长3200mm，净跨3000mm，截面尺寸设为150*300mm；受拉区纵筋为2B18与2B20，受压区纵筋通畅布置为2?10，箍筋剪跨段为?8@60，纯弯段为?8@120，碳纤维板规格为1.2mm*50mm以及1.2mm*100mm。 本次试验中，对8根梁进行编号，编号为A1-A8。A1作为不加固的对比梁，不进行任何操作。详细设计参数可见表1。表1 A1-A8试件梁各项设计参数 1.3试验的观测 试验量测内容：①裂缝开展以及分布情况；②混凝土梁跨中挠度；③受拉钢筋的应变情况；④碳纤维板的应变情况；⑤纯弯段受压区混凝土的应变情况；⑥梁的开裂荷载数据以及屈服荷载数据和极限荷载数据。 测点位置：应变片：①试件纯弯段顶部受压区（并排两个应变片-规格100mm*3mm）；②试件跨中侧面（沿高度布置5个-规格100mm*3mm）；③受拉钢筋跨中位置（2个-规格5mm*3mm）；④碳纤维板上（延长度方向布置-规格5mm*3mm），间距保持为150mm，均匀布置直至两端锚固处。位移计：试件跨中（测量变形情况）、加载点（测量变形情况）以及支座处（测量沉降情况）。 1.4试件加载 采用MTS加载系统进行加载，采用DH3815应变仪进行应变测量[2]。 加载过程：分级进行加载；每级荷载为5kN，持续时间为10min，加载到荷载结束时间不得短于10min，加载同时对时间的变形情况进行记录；混凝土、钢筋以及碳纤维板的应变情况以及裂缝的开展情况，要在持荷3min后进行数据读取；加载直到试件破坏。 1.5注意事项 ①在进行混凝土浇筑前应当预先在相应位置粘贴应变片，并做好防水、防潮工作，以免影响试验效果； ②做好应变片引出线和测点的编号工作，便于试验后记录相关信息； ③试验前要对各项设备和仪器进行检查、修整，保证结果的有效性和准确性。 施工组织设计（专项施工方案）报审表 工程名称：大目湾新城规划4路道路工程I标段编号：A2 致：宁波至高建设监理有限公司（监理单位） 我方已根据施工合同的有关规定完成了象山大目湾新城规划4路道路工程I标段1号桥预制板梁砼表面防水剂处理工程专项施工方案的编制,并经我单位上级技术负责人审查批准，请予以审查。 附件：1号桥防水剂专项施工方案 承包单位（章）: _______________ 项目经理：_________________ 日期：___________________ 监理单位审查意见： 项目监理机构（章）： 专业/总监理工程师： 日期：________________ 建设单位审核意见： 建设单位（章）： 业主代表：_____________ 日期： 本表一式三份，经项目监理机构审核后，建设单位、监理单位、承包单位各存一 份。 大目湾新城规划4路道路工程I标段1号桥 预制板梁 防 水 剂 专 项 施 工 方 案 编制人_______________ 职务（称）____________________________ 审核人_______________ 职务（称）____________________________ 批准人_______________ 职务（称）____________________________ 批准部门（章）浙江建安实业集团股份有限公司 ____________ 编制日期_______________ 二0—四年四月二十五日_______________ 规划4路H标段1号桥为三跨3X 10m预应力砼简支梁桥，中心桩号 DK1+296正交。桥台采用重力式U形桥台，基础为双排①80cm的钻孔灌注桩接承台结构。桥墩为桩接盖梁式，采用单排①100cm的钻孔灌注桩基础+①80cm 立柱。桥梁上部结构采用10m的预应力砼空心板梁，板梁高度60cm。板梁采用C50砼，台帽、桥墩盖梁、 碳纤维加固施工方案 一、工程概况： 1．工程名称：XX碳纤维加固工程 2．建设单位：XXX 3．施工单位：XXXX 4．工程加固说明： 本工程采用UT70—30 东丽碳素纤维布，将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强片材（单向连续纤维片）；用环氧树脂粘结剂粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强贴片与原有钢筋混凝土共同受力，增大结构的抗拉或抗剪能力，提高强度、刚度、抗裂性和结构的延性。 二、施工方案 1．胶粘剂的配置： 1）、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。 2）、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。 3）、所有胶料要求于1小时内施工完毕。 2．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，对于较大面积的劣质层，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 10mm）。 4)、用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。使用中国建科院研制生产EC高强度聚合物砂浆修补表面凹陷底部分。 3．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。 4、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。 5、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。 4.4、地面恢复：因原地面未配筋，所以用人工搅拌1:2水泥砂浆（掺5％107胶，为保持新旧砼接缝处结合好，掺用UEA膨胀剂）即可，地面面层用铁抹压光恢复。 6、质量保证措施： 1）、对于砼工程，应振捣密实，面层平整，砂浆拌制严格按照设计配比，杜绝偷工减料现象发生。 2）、碳纤维粘贴工程：碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm。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。 预应力碳纤维加固简支桥梁混凝土结构施工工法 1．引言 随着我国经济的高速增长和交通量的迅猛增加，大量的桥梁处于高负荷运行状态。混凝土桥梁结构在长期使用环境(如荷载、碳化、冻融、化学介质侵蚀等) 作用下，引起结构开裂，桥梁的承载能力降低，使用年限缩短，甚至出现桥梁坍塌情况。 为了适应我国未来经济发展的需求，以节约投资和可持续发展为原则，在桥梁梁板结构功能没有完全丧失，只是性能减弱及安全度下降的情况下，对其进行补强与加固处理，达到提高其承载能力、恢复其工作性能及延长其正常使用年限效果。XX顺畅高等级养护XX在杭金衢高速公路后徐桥应用了预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构技术，取得了良好的经济效益和社会效益，现将预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构施工工艺总结编制成工法。工法中涉及的预应力碳纤维加固技术课题成果经省厅鉴定，达到国际领先水平。 2．工法特点 采用本工法的预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构技术有如下特点： 2.1本工法裂缝修补与结构补强同时进行，选用缓粘结灌缝胶，保证预应力X拉时灌缝胶尚未完全硬化，便于结构变形的恢复。 2.2采用预应力碳纤维加固的混凝土结构可以抵抗各种酸、碱、盐的腐蚀，极大地降低了结构的维护费用，延长了结构的使用寿命。 2.3本工法采用嵌入式预应力X拉技术，其特点是先锚固后X拉，以构件本身和先前的锚固作为X拉受力装置，无需复杂的X拉机具，方法简便易行。 2.4采用预应力碳纤维加固的混凝土结构可有效提高被加固桥梁的抗弯、抗剪、抗疲劳强度，恢复挠度变形，闭合裂缝，增加刚度。 3．适用X围 本工法适用于处于通车状态下中小跨径（≤20m）以内的混凝土简支梁桥结构的加固修补。 4．工艺原理 使用弹性环氧树脂结构胶对桥梁结构现有的裂缝进行灌缝，对裂缝进行初步封闭；用机械锚具将碳纤维布安装在构件的设计部位，采用嵌入式预应力X拉技术将碳纤维布X拉至设计的预拉应力，同时进行灌胶粘贴，二次锚固后拆除夹具。利用碳纤维材料良好的抗拉强 1、碳纤维板介绍 碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，主要用于制备先进复合材料，广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域。随着碳纤维成本的降低及先进低成本制造复合材料技术的突破，碳纤维复合材料在土木工程领域，作为最适合的纤维复合加固材料，其使用量正在逐年急剧增长。 碳纤维板是一种碳纤维加固补强单向板材，其成型工艺是将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型。采用优质碳纤维原料与良好基本树脂，碳纤维板材具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能。制成的碳纤维单向板材能充分发挥碳纤维的强度和弹性模量，在施工时可免除碳纤维单向织物的树脂固化阶段，强度利用效率高，施工方便。 碳纤维板弹性模量约为165～185GPa，抗拉强度高达2400～2800MPa。 2、预应力碳纤维板加固技术介绍 碳纤维材料弹性模量与钢筋相近、但抗拉强度是普通钢筋的10倍。要发挥碳纤维材料抗拉强度需要1.7%的拉伸应变，而钢筋屈服时拉伸应变仅为0.15%；当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时，不考虑钢筋原有的初始应变，钢筋屈服、混凝土结构就已经发生破坏（钢筋拉断，混凝土压坏）时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的10%左右。因此，传统不加预应力的碳纤维加固混凝土结构技术，无法发挥纤维增强复合材料的高强度特性，造成资源的浪费。 而预应力碳纤维板锚固体系，通过对碳纤维增强复合材料施加预应力来克服上述缺陷。对碳纤维施加了预应力后，避免了碳纤维片材应变滞后的现象，使碳纤维板强度有效发挥，提升结构承载力，同时提高受弯构件的抗弯刚度，减小原构件的挠度，抑制构件变形和裂缝扩展，解决了碳纤维强度和弹性模量比值过高的矛盾，对碳纤维强度的利用远远超出未施加预应力的情况，具有非常良好的经济效益和社会效益。 3、预应力碳纤维板加固技术优势 与其他加固方法（加大截面法、外包钢加固法、外部粘钢加固法、预应力加固法、增设支点加固法、喷射混凝土加固法、碳纤维布加固法等）相比，预应力碳纤维板加固法具有以下优点： 1）高强高效 预应力碳纤维板加固技术充分发挥了碳纤维材料的高强性能，有效提升结构承载力与抗弯刚度，节约碳纤维用量，降低工程总造价。 2）重量轻、空间要求小 预应力碳纤维复合板加固法详解 预应力碳纤维复合板加固方法适用于截面偏小或配筋不足的钢筋混凝土受弯、受拉和大偏心受压构件的加固。本方法不适用与素混凝土构件，包括纵向受力钢筋一侧配筋率低于0.2%的构件加固。 目前预应力碳纤维复合板常用宽度有500mm、100mm，常见厚度有1.2mm、1.4mm、2.0mm、3.0mm。执行标准有GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》、GB50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》、GB/T14370-2007《预应力筋用锚具、夹具和连接器》、JTG/TJ22-2008《公路桥梁加固设计规范》。 一、预应力碳纤维复合板简介 预应力碳纤维复合板加固系统是一种应用于桥梁、大跨度等受弯构件的主动加固技术。通过预应力碳纤维板的张拉，提升构件的承载能力，同时减少扰度变形，减少封闭构件裂缝。具有碳纤维材料轻质、高强、耐老化的优点;同时提升了碳纤维抗拉强度利用率。 二、CFPP预应力碳纤维复合板应用范围 钢筋混凝土桥梁的控制裂缝加固； 钢筋混凝土桥梁的板梁、箱梁、T梁抗弯加固； 民用建筑、工业厂房等建筑，大跨度结构梁、板的抗弯加固、控制裂缝加固等； 大跨度钢筋混凝土桥梁加固，提升承载能力，广泛应用于预应力或非预应力桥梁结构。 三、预预应力碳纤维复合板特点 预应力碳纤维板最大的优点为主动加固，并且使用预应力碳板进行加固，几乎不增加自重和可不卸载进行加固。减小结构变形、有效提高结构承载能力、充分发挥碳纤维抗拉强度。 四、CFPP预应力碳纤维板系统组成 预应力碳板系统由预应力碳板、配套碳板粘结剂、张拉锚固单元三部分组成。 张拉锚固单元系统组成 预应力碳板张拉锚固单元由固定端锚具、张拉端锚具、固定端支座、张拉端支座、压条、锚栓、配套螺母垫片、张拉工装等组成。 其中张拉工装含张拉杆、张拉端挡板、千斤顶、手压泵，用于配合进行张拉施工。 预应力碳纤维板张拉锚固单元、系统锚固端、系统张拉端 GB50319-2000 A2 施工方案报审表 工程名称：S7201东营港疏港高速油田生产跨线桥维修加固工程编号： 施工组织设计（施工方案）审核表 注：附施工组织设计（施工方案） 山东省建设工程质量监督总站监制S7201东营港疏港高速油田生产跨线桥 维修加固工程 预应力碳纤维板粘贴方案 编制单位：东营市瑞达建设工程有限公司 编制日期：2016年5月 第一节编制依据 一、S7201东营港疏港高速油田生产跨线桥维修加固工程合同文件。 二、⑴、《公路工程技术标准》（JTGB01—2003） (2)、《公路沥青路面设计规范》（JTG D50---2006） ⑶、《道路交通标志和标线》（GB5768---2009） ⑷、《公路养护技术规范》（JTG H10---2009） ⑸、《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81---2006） ⑹、《公路护栏安全性能评价标准》（JTG B05---01---2013） (7)、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004） (8)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004） ⑼、《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008） (10)、《公路桥涵养护规范》（JTJ001-2004） (11)、《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）等 三、业主对工期、质量的要求。 四、踏勘工地，从现场调查、采集、咨询所获取的资料。 五、结合我公司实际情况，现有机械设备、施工能力及同类工程施工经验和机械化作业水平。 第二节编制原则 一、遵循业主要求，确保实现质量、安全、工期、环境保护和文明施工等各方面的工程目标。 二、指导思想是：施工技术先进、施工方案可行、重信誉守合同、施工组织科学、按期优质安全建成，不留后患。 三、严格执行施工过程中涉及的相关规范、规程和技术标准。 四、贯彻执行国家和当地政府的方针政策、遵守法律法规。 五、重视生态环境，在施工期间及竣工通车后不破坏当地环境。 六、坚持项目法管理的原则。通过与业主、管理公司、监理工程师和设计部门的充分合作，综合运用人员、机械、物资、技术、资金和信息，实现质量和造价的最佳组合。 七、坚持用工制度的动态管理。根据工作的需要，合理配备劳动力资源。 八、充分发挥我单位“设计、科研、施工、修造”四位一体的专业优势，做到依靠科技，精心组织，合理安排，突破难点。确保优质高效地完成本合同段的建设。 第三节工程概况 一、概述 油田生产跨线桥位于东营港疏港高速桩号K4+326处，桥梁全长55m，桥梁全宽8m，桥宽组合为7m（行车道）+2*0.5m护栏。桥梁上部结构采用2孔跨径20m预应力混凝土空心板；下部结构采用双柱式墩，基础为桩基础；采用重力式桥台，扩大基础。桥梁荷载等级为汽-超20级，于1995年10月建成通车。 权利要求 1、一种碳纤维预应力加固施工方法，其特征在于 ①对需加固的结构底部进行表面处理（打磨、涂底涂、涂找平腻 子、涂粘贴树脂） ②按需加固构件的尺寸确定碳纤维需裁剪的形状、尺寸、并在其 两端（顺纤维方向）粘贴具有一定刚性的材料板。待粘贴胶固化后，按原定形状和尺寸裁剪下来。 ③在需加固梁两端固定专用支架，每端固定支架分左侧和右侧两 部分，将裁剪好的碳纤维布两端的刚性材料板分别倒扣在两块专用张拉连接板的凹腔内，使碳纤维布位于张拉连接板上表面。 ④两块专用张拉连接板分别固定在梁两端的专用支架上。待涂在 构件底部的粘贴树脂表干后，两端张拉连接板的两根螺栓分别穿入梁两侧支架，用螺帽固定。张拉端的螺杆较长，固定螺帽后面剩余的螺杆穿过千斤顶，并在千斤顶顶部用垫块及螺帽固定在千斤顶的伸缩缸上。 ⑤张拉端的两只千斤顶用一个油泵控制并保持张拉力相同。 ⑥千斤顶张拉到位后，将两端的刚性材料用专用工艺固定在需加 固的构件底部。 ⑦千斤顶卸载，撤除支架及张拉连接板。 ⑧碳纤维表面涂粘贴树脂，使其能与构件底部已涂的树脂混为一 体。 2、根据权利要求1所述的碳纤维加固施工方法，其特征在于所述 碳纤维布张拉应变值为5000～8000微应变。 3、一种碳纤维布预应力加固专用设备，其特征在于它由两组固定 支架和一个张拉连接板组成，张拉连接板留有凹腔，其作用在于使已在碳纤维布端部粘贴的刚性材料板倒扣在凹腔内，完成连接板与碳纤维的连接，并使碳纤维布位于连接板的上表面。连接板端部有螺栓，固定端螺栓超过螺帽固定在支架上，张拉端的螺栓比较长，固定螺栓后面有剩余螺栓，可穿过穿心千斤顶并固定在千斤顶伸缩缸上。专用固定支架形状成T字形。通过锚固螺栓锚固在梁两侧，两只支架为一组，垂直于梁侧面的钢板作为张拉连接板的固定点或张拉支点 碳纤维补强加固混凝土结构 碳纤维是目前世界上已知的工程材料中比强度最高的，特别突出的是具有极高的抗拉强度和弹性模量。碳纤维布制成复合材料后的比重降低至钢铁的五分之一，是非常轻质的材料。同时，碳纤维又是一种力学性能优异的新材料。工程用的碳纤维是以高纯度的聚丙烯腈（PAN）为原料经过高温碳化等特殊工艺加工成极细的纤维丝，使一定量纤维的表面积增大很多，更利于加强与树脂胶的结合。施工中，树脂胶充分进入纤维之间，将各条纤维丝完全包裹起来，形成物理性能优异的复合材料。测试证明，碳纤维的抗拉强度可达4500N/mm2以上，形成复合材料后为3500N/mm2以上，分别是普通合金结构钢的9倍和7倍左右。碳纤维复合材料的弹性模量略高于普通钢材，碳纤维材料还具有优异的抗腐蚀性，对空气中氯离子含量高的沿海地区的结构加固工程特别适用。 碳纤维增强水泥：混凝土、水泥灰浆、水泥砂浆系列材料价格低廉，耐火、耐热、耐蚀性能优良，压缩强度也高，因此在土木建筑、海洋工程方面被大量使用。碳纤维增强水泥复合材料，在承受负荷时表面不再产生肉眼可见的龟裂，其拉伸强度和弯曲强度、弯曲韧性比不增强的高几倍到十几倍。其耐冲击性也得到改善。 由它制成的构件尺寸稳定，同时还具有防静电性、耐磨耗、耐腐蚀等性能，因而这些技术近年来得到较快发展。国外用碳纤维增强水泥的典型例子是：伊拉克巴格达建成的AL-Shaheecl纪念碑，在此大型建筑 结构上全面使用了碳纤维增强水泥；日本东京的37层的ARK事务所大楼外墙装修的幕墙，由碳纤维增强水泥灰浆制造。此后日本又陆续在大型建筑物上应用，并应用到桥梁建设中。 当前工程结构加固主要是应用碳纤片材。碳纤片材：有板状和布状编物两种，碳纤布更能适应不同结构外形的需要。碳纤布性能优劣除强度指标外，很重要的一点是对粘结剂的渗透性，和对粘结剂的消泡性能，这主要取决于碳纤布的编织技术，有些片材未经编织或无间隙，均会影响粘贴效果。主要的使用方法是将浸透了树脂胶的碳纤维布贴合到钢筋混凝土的受拉部位，如桥板的底面、梁体或桥墩的表面，并使其与混凝土结合成为一体，从而达到加固结构的目的。本方法还被广泛地用于隧道衬砌、建筑物的梁、柱等混凝土结构的加固补强工程。国内工程界已注意到此新兴的领域，各高等院校竞相投入在量人力和资金，成立课题组进行专题研究，相应设计规范正在审批中。近年国内许多加固工程已相继采用碳纤布进行加固，遍及建筑结构和铁路、公路桥梁，如广州古建筑六榕塔、广州市某立交简支梁桥、某高架路预应力箱梁、某高架路墩柱、海口市人民桥等；碳纤布加固突出的优点是加固后基本上不改变结构的外形，稍作处理则类似装修，在某五星级宾馆的梁板加固中被优先采用；但总的来说碳纤加固技术的应用在我国仍处于起步阶段，据有关报道，去年广州全年碳纤布用量仅为数千平米，相对于大量有待维修加固的桥梁和建筑物这是一个十分小的数字，应用前景应是很广阔的。 碳纤维布加固修补结构施工及验收规范 第一章总则 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。 第二章胶粘剂的配置 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。 第三章施工要求 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(R3~10mm)。 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。 预应力碳纤维布在受弯构件加固中预应力施加方法的对比 研究 摘要：本文对受弯构件黏贴预应力碳纤维布时，不同的预应力施加方法进行对比试验，对试验结果进行对比分析。结果表明，施加预应力后，碳纤维布强大的抗拉性能得到充分利用，使受弯构件受拉区混凝土开裂时间推迟，提高了其耐久性。 关键词：预应力碳纤维布施加方法对比研究 abstract: in this paper, the flexural member with adhesive prestressed carbon fiber sheet, different prestressing method comparison test, the test results were analyzed. the results show that, the prestressed carbon fiber cloth, strong tensile performance can be fully utilized, so that the flexural member concrete in tension zone cracking time delay, improve its durability. keywords: prestressed carbon fiber cloth applied method contrast research 中图分类号：tu528.582 文献标识码：a文章编号： 试验中各种预应力施加方法各有利弊，提出了碳纤维布预应力施加方法应具有：1、张拉过程简单易操作；2、预应力张拉控制应力可控；3、张拉过程应尽量不破坏原有结构；4、碳纤维布张拉后应便于黏贴的特点。 一、研究背景 鉴定?加固?改造 预应力碳纤维布加固混凝土梁的施工工艺对比研究 魏宏强 (广州珠江房地产开发中心 广州 510630) 张 原 (华南理工大学建筑学院 广州 510640) 黄小许 (华工大特种公司 广州 510640) 摘 要:对碳纤维布施加预应力的工具进行了对比和分析,在试验基础上,摸索出一套简单实用的可以应用于实际工程的预应力施加工具。试验结果表明,试验方法简单有效。 关键词:碳纤维布 预应力 加固 COMPARISON BETWEEN CONSTRUCTION PR OCE DURES FOR CONCRETE BEAMS REINFORCE D WITH PRESTRESSE D CFRP SHEETS Wei H ongqiang (G uangzhou Zhujiang Real Estate Development Center C o.Ltd G uangzhou 510630)Zhang Y uan (Architectural C ollege ,S outh China University of T echnology G uangzhou 510640)Huang X iaoxu (S pecial Engineering C ompany of S outh China University of T echnology G uangzhou 510640) Abstract :The prestressing tools for the carbon fiber rein forced polymer (CFRP )sheets are compared and analyzed.And a set of suitable prestressing tools for CFRP sheets has been developed based on the experiment.The experiment result shows that the test method is simple and efficient. K eyw ords :carbon fiber rein forced polymer sheets prestress rein force 第一作者:魏宏强 男 1977年4月出生 硕士收稿日期:2005-01-20 0 研究的背景及意义 随着生活水平的提高,人们对建筑物的安全性、适用性和耐久性的要求不断提高,同时由于建筑物使用性能的改变、荷载变化、结构部分损坏以及设计与施工缺陷造成的质量隐患等,需对建筑物进行补强加固处理。多数情况下,采用碳纤维布加固混凝土结构比其他加固方法更有优势,它具有高强高效、施工便捷、耐久性耐腐蚀性好、热膨胀系数低、适用面广、自重轻、不增大结构尺寸等优点[1],因此,研究碳纤维布加固混凝土结构技术具有重要的工程应用价值。但是在碳纤维布的理论研究和实际工程应用中,逐渐发现碳纤维布加固有其固有弊端: 1)强度不能充分发挥,加固效率不高。钢筋的极限应变 取0101,碳纤维布应变值近似于0101(略去碳纤维布的厚度),只占碳纤维布极限应变的10%～20%,碳纤维布的高强特性没有得以充分利用。 2)二次受力对加固效果的影响。进行加固的结构一般 已经承受一定的初始荷载,加固前,原构件截面就会在所承受的截面内力下处于某个初始应力应变状态。普通碳纤维 布没有考虑初始荷载对构件产生的应变,加固效果偏不安全。 对碳纤维布施加预应力后进行加固,可以有效地提高碳纤维布的利用率,同时预应力可以约束混凝土裂缝的过早出现,有利于提高构件的抗剪承载力。由于预应力抑制构件裂缝过早出现,又可以避免在裂缝处出现应力集中而引起碳纤维布在裂缝处出现剥离现象。 1 碳纤维布的预应力施加方法 对碳纤维布施加预应力,首先要选用张拉工具。在对碳纤维布施加预应力后,需要在其上涂刷建筑胶,然后粘贴到梁底。因此预应力碳纤维布的施工工艺和预应力钢筋的施工工艺不同:这种工艺不仅考虑张拉,同时还要考虑涂刷建筑胶,先张拉后粘贴,张拉后利用建筑胶和混凝土之间的粘 09 Industrial C onstruction V ol 135,N o 111,2005 工业建筑 2005年第35卷第11期 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 碳纤维板张拉施工工艺 摘要：作为国内公路加固首次采用的张拉碳纤维板施工技术，本文通过杜步大桥加固施工实践，详细介绍了张拉碳纤维板施工的工艺流程、施工步骤，以及施工注意事项、建议采用的检查验收标准，可为今后推广使用该技术提供借鉴参考。 关键词：桥梁加固张拉碳纤维板施工技术 一、概述 据统计截止2005年底，在我国通车公路中，有各种桥梁33.66万座，累计长度1474.75万延米，其中：特大桥876座，145.96万延米；大桥23290座，512.53万延米；其余为中小桥。从2004年全国桥梁普查资料来看，全国查出危桥13303座，达468888延米。危桥的存在，已严重影响到路网和干线的畅通。此外，随着我国交通事业的快速发展，各级公路上的交通流量均在不断增加，运输车辆的吨位有较大幅度的增长，这对我国路网中的桥梁通行能力和承载力均提出了更高更新的要求。因此，通过一定的技术措施，对技术标准低、通行能力和技术状况差及因其他原因造成的危桥进行加宽改造与加固补强，使现有桥梁在今后交通事业的发展中保持充分的适应性，是我国交通管理部门要长期进行的一项重要的工作。 桥梁加固技术改造其根本目的是为了恢复和提高承载力，方法有以下几种类型：1、加强薄弱构件。对于有严重缺陷或因通行重型车辆而不能满足安全承载要求的薄弱构件，采用以新材料，增大构件的截面尺寸、增设外部预应力或用化学粘结剂粘贴补强材料等补强措施进行加固。2、增加辅助构件。3、改变结构体系。 碳纤维板张拉施工就是通过在梁体设置碳纤维板，然后通过张拉以提高梁体承载力的一种施工技术。我公司在广东杜步大桥的加固施工中在国内公路桥梁加固施工首次采用了该技术，取得了理想的效果。 2016年预应力碳纤维板加固案列分析 预应力碳纤维板是是一种应用于桥梁、大跨度等受弯构件的主动加固技术。预应力碳纤维复合板常用宽度有50mm、100mm，常见厚度有1.2mm、1.4mm、2.0mm、3.0mm。 根据规范GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》，预应力碳板加固方法适用于截面偏小或配筋不足的钢筋混凝土受弯、受拉和大偏心受压构件的加固。本方法不适用与素混凝土构件，包括纵向受力钢筋一侧配筋率低于0.2%的构件加固。被加固的混凝土结构构件，混凝土强度等级不得低于C25,且混凝土表面正拉粘结程度不得低于 2.0MPa。而且本方法加固的混凝土结构，其长期使用的环境温度不应高于60℃。 除了需要执行上述的规范之外，我们在使用预应力碳板加固时，还必须严格执行执行GB50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》、GB/T14370-2007《预应力筋用锚具、夹具和连接器》、JTG/TJ22-2008《公路桥梁加固设计规范》。我们在加固时必须以这些规范为向导，最终为我们加固服务。 预应力碳纤维板加固真实案列一 宁常镇溧高速公路通济河大桥 工程概况 通济河大桥位于半径=6000m的平曲线上；本桥上部结构为(4×25m)+(5×25m)装配式部分预应力砼连续箱梁+18m简支箱梁异性块+(5×35m)装配式部分预应力 砼连续箱+18m简支箱梁异性块+(6×25m)+(5×25m)装配式部分预应力砼连续箱梁，桥面宽度35m，下部结构为桩柱式墩台。除箱梁异性块，其余上下部结构均采用2003年版本通用图，25m组合箱梁梁高1.4m，35m梁高1.8m，底板、腹板厚度均为450px。全桥设D80、D100、D160三种规格的伸缩缝，桥梁设计荷载为：汽车-超20级，挂车-120。 桥梁病害 施工组织设计（专项施工方案）报审表 本表一式三份，经项目监理机构审核后，建设单位、监理单位、承包单位各存一份。 大目湾新城规划4路道路工程Ⅰ标段1号桥 预制板梁 防 水 剂 专 项 施 工 方 案 编制人职务（称） 审核人职务（称） 批准人职务（称） 批准部门（章）浙江建安实业集团股份有限公司 编制日期二〇一四年四月二十五日 规划4路Ⅱ标段1号桥为三跨3×10m预应力砼简支梁桥，中心桩号DK1+296，正交。桥台采用重力式U形桥台，基础为双排Φ80cm的钻孔灌注桩接承台结构。桥墩为桩接盖梁式，采用单排Φ100cm的钻孔灌注桩基础+Φ80cm立柱。桥梁上部结构采用10m的预应力砼空心板梁，板梁高度60cm。板梁采用C50砼，台帽、桥墩盖梁、承台及立柱均为C30砼。台身、翼墙采用C30片石砼。板梁支座采用GJZ15×25×2.8m板式橡胶支座。 因桥梁主体结构实体检验预应力梁板钢筋保护层厚度结果不符合设计及规范要求，影响了桥梁板的承载力，须对梁板进行加固补强，特编制梁板加固处理方案。 粘碳纤维加固工程施工工艺 工艺流程： 混凝土表面处理→粘贴面修补找平 (若平整，此步骤可省去)→配置底胶→涂底胶→卸荷(根据实际情况和设计要求，此步骤有时省去)→配置面胶和裁剪碳纤维布→粘贴碳纤维布→固化→检验→维护 施工工艺： 1、混凝土基底处理 1）、将混凝土构件表面残缺、破损部分剔凿、清除干净并达到结构密实部位2）、检查外露钢筋是否锈蚀，如有锈蚀，需进行必要的除锈处理 3）、对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，用高于原构件混凝土强度的环氧砂浆进行修补、复原、达到表面平整 4）、裂缝修补。缝宽小于0。2mm的裂缝，用环氧树脂胶泥进行表面涂抹密闭，大于或等于0。2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。 工程施工最怕什么， 工期长？ 程序繁琐？ 施工需要封闭路段？ 人力物力成本太高？ 是传统桥梁加固技术没错了！ 只需局部封闭施工部位！ 大体上不影响车行流动！ 大大降低工程维护成本！ 长期性能远胜于传统桥梁加固技术！ 预应力碳纤维加固系统认识一下~ 预应力碳纤维加固系统作为新型加固方式，其优势表现在给混凝土结构主动施加预应力，调整梁体的内力情况，显著提高结构承载力，同时相当于给构件增加主筋数量，刚度有所提高，减少结构变形。 1 什么是预应力碳纤维加固系统 预应力碳纤维板加固混凝土是一种主动加固技术，与目前广泛应用于土木建筑工程的碳纤维粘贴加固技术（被动加固技术）相比，它可以克服被动加固技术的以下问题： ?碳纤维板的抗拉强度得不到充分的发挥； ?正常使用阶段的加固效果不理想，构建开裂载荷和屈服载荷的提高幅度不大； ?当运营中的混凝土构件出现裂纹后，采用被动加固方法无法使构件中的裂纹闭合。 加持型锚具是通过摩擦力实现，不会对被加固的钢梁造成破坏，安装简单便捷，是被广泛应用的锚固形式。 悍马预应力碳纤维板加固系统由： 预应力碳纤维板、碳纤维板胶及刚性锚具组成。 锚具分为：张拉端和固定端 碳纤维板 2 加持型锚固优势 加持型锚具是一种直接对碳纤维板进行加持，利用摩擦力进行锚固的锚具，用于保持预应力碳纤维板的拉力并将其传递到构件上的永久性楔形夹片式锚固装置，采用高强度的连续碳纤维按一定规则排列，经胶黏剂浸渍，黏结固化后形成的具有纤维增强效应的可拉张符合板材，达到给构件补强，增加承载力的目的。 预应力碳纤维板如何加固 3D展示标准施工流程3 预应力碳纤维板施工方案 预应力碳纤维板、胶粘剂应为同一品牌，且符合《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013的要求。 梁底粘贴张拉预应力碳纤维板施工程序如下所示： (0)施工准备 在加固梁上按照设计施工放样，准确确定预应力碳纤维板和两端锚具位置。放样采取钢尺定位，根据支座位子确定实际钻孔以及混凝土清理位置。 (1)混凝土粘贴表面处理 桥梁钢筋混凝土结构长期直接暴露在有一定湿度的空气中，在粘贴碳纤维板加固施工中，需打凿掉脆化疏松层，提高粘结力。对混凝土粘贴面的脆化疏松层，应采用硬质金刚石磨轮打磨掉且完全露出新面，并用钢丝刷清除疏松浮层。 为了保证预应力碳纤维板与混凝土之间的设计间隙(胶层厚度3～5毫米)，实现碳纤维板受力张拉时平直均衡无阻碍，对混凝土高凸面应采用金刚石打磨片打磨，对混凝土低凹面应采用环氧修补胶修补。假如粘贴时混凝土湿度较大，对混凝土粘贴面尚须进行人工干燥处理。 (2)钻植胶锚螺栓 1)施工放线采用钢筋探测仪标定螺栓钻孔位置，假如遇到钢筋需移位，应通知技术人员记录编号，并安排现场修整支座板安装孔。 2)采用电锤钻孔时应保证钻孔中心线与混凝土梁面垂直，钻孔中心位置偏差不超过3㎜。 3)采用化学胶管或植筋胶植入螺栓时，应保证孔内胶液饱满且螺栓垂直于梁面。 (3)安装锚具支座 1)张拉端、固定端支座中心线应与碳板中心线平行或重叠，锚具两端支座中心延长线按碳纤维板全长计算偏差不得超过±5㎜。 2)锚具、支座安装的梁面，纵横方向水平均应位于水平尺中央，两端锚具底部结合面修磨时可以低于安装梁面1～2㎜。 3)两端支座板安装孔因钻孔偏差修整后与螺栓出现的间隙，安装时应使用环氧修补胶填补，两端支座调平后与混凝土的空隙，也应采用环氧修补胶填补或找平。 预应力碳纤维板楔形夹片式锚具受力研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)具有抗腐蚀性强、抗拉强度大等特点,在实际工程中被广泛应用于混凝土结构加固。预应力碳纤维板加固技术作为一种主动加固方法,具有高效、经济的特点,应用前景广阔。 本文以预应力夹片式锚具和预应力波形锚具为基础,并对其工作原理及受力特性进行理论分析,研发出一种新型的针对10cm宽碳纤维板的楔形夹片式锚具,并对其受力特性进行有限元模拟及静力张拉试验研究,主要内容有:(1)对国内外的预应力碳纤维板锚具进行调研,总结国内外现有锚具的样式,并对比分析夹片式锚具和波形锚具的工作原理、受力情况及工作性能,在此基础上设计楔形夹片式锚具的关键尺寸。设计锚具的锚固长度为200mm,锚杯厚度为70mm,三种夹片厚度分别为6.15mm、8.15mm、10.15mm;(2)运用ansys软件模拟了预应力碳纤维板楔形夹片式锚具在预紧阶段和张拉阶段的受力过程,分析锚具整体和楔形夹片的变形及受力情况。 模型中采用面——面接触方式模拟锚杯与夹片、夹片与碳纤维板之间的接触,并将碳纤维板与锚具楔形夹片视为一体。理论结果表面:锚具中部的向上变形最大,并由锚具尾端向前端递减;锚具尾端区域的等效应力最大;(3)预应力碳纤维板楔形夹片式锚具的静载张拉试验方案设计,主要包括楔形夹片式锚具静载试验的试验内容、设备、测点布置方法以及试验加载制度。 进行锚具静载试验,测试锚具楔形夹片厚度对锚具极限张拉力的影响。由试验可知:XMJ10-3组的试验结果较为良好,锚具的极限张拉力达到380.3KN,锚固效率为79.2%。预应力碳纤维板加固混凝土梁的承载能力试验研究
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