《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程.精品文档.碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程CECS146:2003 2011年03月26日碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程CECS146:2003 工程监理2011-03-26 11:08:47阅读11评论0 字号:大中小 订阅 1 总则 1.0.1 为使采用碳纤维片材加固修复混凝土结构技术做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量,制定本规程。 1.0.2 本规程适用于房屋和一般构筑物的混凝土结构加固修复设计、施工和验收;铁路工程、公路工程、港口工程和水利水电
2、等工程混凝土结构的加固修复及砌体结构、木结构加固修复中的共性技术问题,可参照本规程的有关规定执行。 1.0.3 采用粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构的设计、施工及验收,除应符合本规程的规定外,尚应遵守国家现行有关标准和规范的规定。 1.0.4 采用粘贴碳纤维片材加固修复的混凝土结构,长期使用环境温度不应高于600C。对处于特殊环境(腐蚀、放射、高温等)下的混凝土结构采用碳纤维片材进行加固修复时,还应遵守相应的国家现行有关标准和规范的规定,并应采取相应的防护措施。 1.0.5 采用碳纤维片材加固修复混凝土结构前,应按照国家现行有关标准和规范对原有结构进行检测鉴定或评估。 1.0.6采用粘贴碳纤维
3、片材加固修复混凝土结构时,应由对该加固修复方法有经验的设计人员进行设计,并应由专业施工队伍进行施工。 2 术语、符号 2.1 术 语 2.1.1 碳纤维片材 Carbon Fiber Reinforced Polymer Laminate 碳纤维布和碳纤维板的总称。 2.1.2 碳纤维布 Carbon Fiber Sheet 碳纤维布为连续碳纤维单向或多向排列,未经树脂浸渍的布状碳纤维制品。 2.1.3 碳纤维板 Carbon Fiber Plate 碳纤维板为连续碳纤维单向或多向排列,并经树脂浸渍的布状碳纤维制品。 2.1.4 底层树脂 Primer 用于基底处理的树脂。 2.1.5 找平材
4、料 Putty Fillers 用于对加固构件表面进行找干处理的材料。 2.1.6 漫溃树脂 Saturating Resin 用于粘贴并浸透碳纤维布的树脂。 2.1.7 粘结树脂 Adhesives 用于粘贴碳纤维板的树脂。 2.2 符 号 2.2.1 作用效应和抗力 M 弯矩设计值; Mi 加固前受弯构件计算载面上实际作用的实始弯矩; Vb 梁的剪力设计值; Vc 柱的剪力设计值; cf 碳纤维片材的拉应力; cf 碳纤维片材的拉应变; i 考虑二次受力影响时,加固前构件在初始弯矩作用下,截面受拉边缘混凝土的初始应变; cfv 达到受剪承载能力极限状态时碳纤维片材的应变。 2.2.2 材料
5、性能 Ecf 碳纤维片材的弹性模量; fcfk 碳纤维片材的抗拉强度标准值; fcf 碳纤维片材的抗拉强度设计值; cfu 碳纤维片材的极限拉应变; cf 碳纤维片材的允许拉应变; cf 碳纤维片材与混凝土间的粘结强度设计值。 2.2.3 几何参数 Acf 受拉面上粘结的碳纤维片材的截面面积; bcf 受拉面上粘结的碳纤维片材的宽度; hcf 侧面粘贴碳纤维片材的高度; hcfo 侧面粘贴碳纤维片材的截面面积形心至受压区外边缘的距离; ld 碳纤维片材从强度充分利用截面向外延伸所需的粘结长度; cf 碳纤维片材条带的净间距; tcf 单层碳纤维片材的厚度; cf 碳纤维片材条带的宽度。 2.2
6、.4 计算系数及其它 km 碳纤维片材厚度折减系数; ncf 碳纤维片材的粘结层数; 碳纤维片材受剪加固形成系数; 碳纤维片材的有效约束系数; cfk 碳纤维片材达到其允许拉应变与混凝土压坏同时发生时的界限相对受压区高度; b 梁受剪截面的剪跨比; c 柱的剪跨比; 总折算体积配箍率。 其它符号参见现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010。 3 材 料 3.1 材料种类及一般要求 3.1.1 采用粘贴碳纤维片材对混凝土结构进行加固修复时,应使用碳纤维片材、配套树脂类粘结材料及表面防护材料。 3.1.2 加固修复用材料应具有产品合格证和质检部门的产品性能检测报告;碳纤维片材及配套树脂类粘结材
7、料还应具有符合本规程第3.3节规定的物理力学性能指标;配套树脂类粘结材料还应提供耐久性能指标及施工和使用环境要求。 3.1.3 混凝土、钢筋及其它材料的有关设计指标应按国家现行有关标准和规范采用。 3.1.4 本规程所列碳纤维片材的性能指标是对单向碳纤维片材的要求,双向或多向碳纤维片材的指标要求可以参照执行。 3.2 碳纤维片材 3.2.1 碳纤维布的抗拉强度应按纤维的净截面积计算,净截面积取碳纤维布的计算厚度乘以宽度,碳纤维布的计算厚度为碳纤维布的单位面积质量除以碳纤维密度;碳纤维板的性能指标应按板的截面(含树脂)面积计算,截面(含树脂)面积取实测厚度乘以宽度。 3.2.2 碳纤维片材的主要
8、力学性能指标要求。 表3.2.2 碳纤维片材的主要力学性能指标 3.2.3 碳纤维片材的主要力学性能只要参照现行国家标准定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法GB/T 3354测定。 3.2.4 单层纤维布单位面积碳纤维质量不宜低于150g/m2。且不宜高于450 g/m2。在施工质量有可靠保证时,单层纤维布单位面积碳纤维质量可提高到600g/m2。 3.2.5 碳纤维板的厚度不宜大于2.0mm,宽度不宜大于200mm,纤维体积不宜小于 60。 3.3 配套树脂类粘结材料 3.3.1 采用碳纤维片材对混凝土结构进行加固修复时,应采用配套底层树脂、找平材料、浸渍树脂和粘结树脂。 3.3.2 配套树脂类
9、粘结材料的主要性能指标应满足表3.3.21、表3.3.22和表3.3.23的要求。 表3.3.21 底层树脂性能指标 性能指标要求 2.5MPa且不小于被加固混凝土抗拉强度的标准值ffk 表3.3.22 找平材料性能指标 性能指标要求 2.5MPa且不小于被加固混凝土抗拉强度的标准值ffk 表3.3.23 浸渍树脂和粘结树脂性能指标 3.3.3 配套树脂类粘结材料应按附录A进行粘结强度测定。配套树脂类材料应参照机械工业产品塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速实验方法GB/T1450093规定的环境条件进行耐久性检验,经2000h的加速老化后,按附录A进行正拉粘结强度试验,要求粘结强度不明显降低。
10、3.4 表面防护材料 3.4.1 对已加固修复完的结构表面应进行防护处理,表面防护材料应与浸渍树脂或粘结树脂可靠粘结。 3.4.2 选用的防火材料及其处理方法应使用加固后建筑物达到要求的防火等级。 3.4.3 当被加固结构处于其它特殊环境时,应根据具体情况选择有效的防护材料。 4 设计规定 4.1 一般规定 4.1.1 采用粘贴炭纤维片材加固混凝土结构时,应通过配套粘结材料将炭纤维片材粘贴于构件表面,使炭纤维片材承受拉力,并与混凝土变形协调,共同受力。 4.1.2 炭纤维片材可采用下列方式对混凝土结构构件进行加固: 1. 在梁、板构件的受拉区粘贴炭纤维片材进行受弯加固,纤维方向与加固处的受拉方
11、向一致。 2. 采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固,纤维方向宜于构件轴向垂直。 3. 采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固,纤维方向与柱轴向垂直。 4. 当有可靠依据时,碳纤维片材也可用于其它形式和其它受力状况的混凝土结构构件的加固。 4.1.3 采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时,应按国家现行有关标准采用以概率理论为基础的极限状态设计法进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算。 钢筋和混凝土材料宜根据检测得到的实际强度,按国家现行有关标准确定其相应的材料强度设计指标。 碳纤维片材应根据构件达到极限状态时的应变,按线弹性应力应变关系确定其相应的应力。 4.1.4 碳纤维
12、片材应取生产厂提供的不小于95保证率的极限抗拉强度作为抗拉强度标准值fcfk。 碳纤维片材的极限拉应变cfu 应取其抗拉强度标准值fcfk 除以弹性模量Ecf 。 4.1.5 当采用粘贴碳纤维片材对结构或构件进行加固时,应考虑加固后对结构中其它构件或构件的其它性能可能产生的影响。 4.1.6 采用粘贴碳纤维片材进行加固时,宜卸除作用在结构上的活荷载。如不能完全卸载条件下进行加固,应考虑二次受力的影响。 4.1.7 在受弯加固和受剪加固时,被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级不应低于C15。采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时,混凝土强度等级不应低于C10。 4.2 一般构造要求 4.2.
13、1 当碳纤维布沿其纤维方向需绕构件转角粘贴时,构件转角处外表面的曲率半径不应小于20mm(图4.2.1)。 图4.2.1 4.2.2 碳纤维布沿纤维受力方向的搭接长度不应小于100mm。当采用多条或多层碳纤维布加固时,各条或各层碳纤维布的搭接位置宜相互错开。 4.2.3 为保证碳纤维片材可靠地与混凝土共同工作,必要时应采取附加锚固措施。 4.3 受弯加固 4.3.1 采用碳纤维片材对梁、板构件进行受弯加固时的承载力计算,除应符合现行国家标准混凝土结构设计规范GB 50010对受弯构件正截面承载力计算的基本假定外,尚应符合下列要求: 1 构件达到受弯承载力极限状态时,碳纤维片材的拉应变按截面应保
14、持平面的假定确定,但不应超过碳纤维片材的允许拉应变 cf ; 2 当考虑二次受力影响时,应根据加固时的荷载状况,按截面应变保持平面的假定计算加固前受拉区边缘混凝土的初始应变i ; 3 碳纤维片材的拉应力cf 应取碳纤维片材弹性模量Ecf 与其拉应变 cf 的乘积 Ecfcf ; 4 在达到受弯承载能力极限状态前,碳纤维片材与混凝土之间不发生粘结剥离破坏。 4.3.2 当矩形截面受弯构件的受拉面上粘贴碳纤维片材进行受弯加固时,其正截面受弯承载力应按下列公式计算: 1 当混凝土受压区高度 大于 cfbh ,且小于bh0 时(图4.3.2a) Mfcb(h0 ) fA ( h0)Ecf cf Acf
15、 (hh0) (4.3.21) 混凝土受压区高度和受拉面上碳纤维片材的拉应变cf 应按下列公式确定: fcbx f,As ,f,AsEcf cf Acf (4.3.22) x h (4.3.23) 2 当混凝土受压区高度x 不大于cfbh 时(图4.3.2b) Mf,As (h00.5cfbh)+ Ecf cf Acf (10.5cfb ) (4.3.24) 3 当混凝土受压区高度x 小于2 时, Mf,As (h0 )Ecf cf Acf (h0 ) 4.3.25) 式中: M包含初始弯矩的总弯矩设计值; As 、As 受拉钢筋、受压钢筋的截面面积; Acf 受拉面上粘贴的碳纤维片材的截面面
16、积; f 、,f, 受拉钢筋和受压钢筋的抗拉、抗压强度设计值; fc 混凝土轴心抗压强度设计值; Ecf 碳纤维片材的弹性模量; x 等效矩形应力图形的混凝土受压区高度; cfb 碳纤维片材达到其允许拉应变与混凝土压坏同时发生时的界限相对受压区高度,取 ; cu 混凝土极限压应变,取0.0033; i 考虑二次受力影响时,加固前构件在初始弯矩作用下,截面受拉边缘混凝土的初始应变,按本规程第4.3.4条计算,当可以不考虑二次受力时,取0; cfu 碳纤维片材的极限拉应变; cf 碳纤维片材的允许拉应变,取kmcfu ,且不应大于碳纤维片材极限拉应变的2/3和0.01两者中的较小值; cf 碳纤维
17、片材的拉应变; km 碳纤维片材厚度折减系数,取1 其中:tcf 的单位取:mm; Ecf 的单位取MPa ; ncf 碳纤维片材的层数; tcf 单层碳纤维片材的厚度; b、h截面宽度、高度; h0 截面的有效高度; 受压钢筋截面重心至混凝土受压区边缘的距离。 图4.3.2中,xn 为实际混凝土受压区高度。 4.3.3 对翼缘位于受压区的T形截面受弯构件,当在其受拉面粘贴碳纤维片材进行受弯加固时,应按本规程第4.3.2条的原则和现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010关于T形截面构件受弯承载力的计算方法进行计算和验算。 (a)x cfbh 时 ccu ,f,As f,As Ecf cf
18、cf cf 图4.3.2 矩形截面正截面受弯承载力计算 4.3.4 考虑二次受力影响时,加固前在初始弯矩 Mi 作用下,截面受拉边缘混凝土的初始应变i 按下列公式计算: (4.3.41) (4.3.42) (4.3.43) (4.3.44) (4.3.45) (4.3.46) 式中:Mi 加固前受弯构件计算载面上实际作用的实始弯矩; ci 加固前实始弯矩Mi 作用下受压边缘的压应变; si 、si 加固前实始弯矩Mi 作用下受拉钢筋的拉应变、拉应力; 受压边缘混凝土压应变综合系数; 受拉钢筋拉应变不均匀系数; 内力臂系数,取0.87; Ec 、Es 混凝土、钢筋的弹性模量; E 钢筋弹性模量与
19、混凝土弹性模量的比值; 受拉钢筋配筋率, ; fik 混凝土抗拉强度标准值; ie 有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率 ; Aie 有效受拉混凝土截面面积,对受弯构件取0.5bh+(bf -b)hf , bf 、hf 分别为受拉翼缘的宽度、高度; f受压翼缘加强系数,取 。bf 、hf 分别为受压翼缘的宽度、高度。 当初始弯矩Mi 小于未加固截面受弯承载力的20时,可忽略二次受力的影响。 4.3.5 计算正截面受弯承载力时,尚应满足下列要求: 1. 受压区高度x 宜大于0.8bh0 ,其中界限相对受压区高度b 按现行国家标准混凝土结构设计规范GB 50010的规定确定; 2. 加固
20、后受弯承载力的提高幅度不宜超过40; 3. 加固后在荷载效应标准组合下受拉钢筋的拉应力不宜超过钢筋抗拉强度标准值。 当有工程经验和依据时,上述规定可适当放宽。 4.3.6 当碳纤维片材粘贴于梁侧面的受拉区进行受弯加固时,粘贴区域宜在距离边缘1/4梁高范围内。在进行正截面受弯面受弯承载力计算时,应将公式(4.3.21)(4.3.24)中的h 改用碳纤维片材截面面积形心至梁受压区边缘的距离hcf0 代替,且宜将侧面碳纤维片材的截面面积乘以折减系数(10.5 hcf /h ),其中hcf 为侧面碳纤维片材粘贴高度。 4.3.7 对受弯加固的构件尚应验算构件的受弯承载力,避免受剪破坏先于受弯破坏发生。
21、 4.3.8 对梁、板正弯矩区进行受弯加固时,碳纤维片材宜延伸至支座边缘。在集中荷载作用点两侧宜设置构造的碳纤维片材U 型箍或横向压条。 碳纤维片材的切断位置距其充分利用截面的距离不应小于按下式计算得出的粘结延伸长度ld 并应延伸至不需要碳纤维片材截面之外不小于200mm(图4.3.8) (4.3.8) 式中:ld 碳纤维片材从强度充分利用截面向外延伸所需的粘结长度; cf 充分利用截面处碳纤维片材的拉应变。按本规程第4.3.2条确定; cf 碳纤维片材与混凝土间的粘结强度设计值,取0.5MPa ; bcf 受拉面上粘贴的碳纤维片材的宽度;对板取1000mm板宽范围内粘贴的碳纤维片材宽度。 碳
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