(精品)CFRP加固应用.ppt

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1、碳纤维筋体外预应力在桥梁工程的应用碳纤维筋体外预应力在桥梁工程的应用桥梁是一个国家经济命脉的重要组成部分之一，我国的现桥梁是一个国家经济命脉的重要组成部分之一，我国的现有桥梁大部分都兴建于上世纪六七十年代，随着我国公路有桥梁大部分都兴建于上世纪六七十年代，随着我国公路铁路事业的蓬勃发展，很多混凝土桥梁都发生了荷载吨位铁路事业的蓬勃发展，很多混凝土桥梁都发生了荷载吨位不足，主要构件老化、破坏、开裂严重等现象。为了运输不足，主要构件老化、破坏、开裂严重等现象。为了运输事业的安全、适宜、经济的目标，确保客货运输的正常运事业的安全、适宜、经济的目标，确保客货运输的正常运营，必须有效解决此类桥梁存在的病

2、害问题，若将这些具营，必须有效解决此类桥梁存在的病害问题，若将这些具有严重病害问题的桥梁全部炸毁重建，不仅会耗费大量的有严重病害问题的桥梁全部炸毁重建，不仅会耗费大量的资金，而且建设周期较长，必然对正常的线路使用造成严资金，而且建设周期较长，必然对正常的线路使用造成严重的影响。重的影响。据据统统计计，桥桥梁梁加加固固费费用用一一般般仅仅为为建建设设费费用用的的10%20%，并并且且施施工工周周期期短短，且且如如果果采采用用合合理理的的加加固固方方案案，可可以以将将对对线线路路正正常常使使用用的的影影响响大大幅幅度度降降低低，因因此此，有有计计划划、有有步步骤骤地地对对现现有有桥桥梁梁进进行行调

3、调查查分分析析研研究究病病害害原原因因，并并以以此此制制定定有有效效的的维维修修加加固固技技术术方方案案，以以使使其其满满足足新新世世纪纪运运输输事事业业的的需需要要，对对我我国国运运输输事事业业和和经经济济的的蓬蓬勃勃发展具有重要意义。发展具有重要意义。德德国国工工程程师师Franz Dischinger，最最早早获获得得了了向向结结构构施施加加体体外外预预应应力力的的专专利利权权，并并在在1937年年设设计计了了世世界界上上第第一一座座体体外外预预应应力力混混凝凝土土桥桥梁梁-Aue桥桥。1950年年在在CxMangel教教授授的的主主持持下下，比比利利时时兴兴建建了了Sclayn等等多多

4、座座体体外外预预应应力力桥桥梁梁。国国内内上上世世界界80年年初初，体体外外预预应应力力技技术术已已经经尝尝试试用用于于桥桥梁梁建建造造并并收收到到了了较较好好的的经经济济和和社社会会效效益益，并并且且已已经经被被写写入入现行现行混凝土加固技术规范混凝土加固技术规范纤维复合材料是由多股连续长纤维采用基底材料胶合后经过特制模具挤压、拉拔成型。目前建筑工程中采用的纤维复合材料主要有三种：碳纤维复合材料（CFRP）、玻璃纤维复合材料（GFRP）、芳纶纤维复合材料（AFRP）。三者中碳纤维复合材料的强度和弹性模量最高，但极限应变是三者中最小的且其弹性模量比高强钢丝要高。碳纤维复合材料是目前建筑工程中使

5、用量最大的高性能复合材料，化学成分以碳元素为主（含碳量90%），一般呈黑色。其性能特点为：轻质高强，耐腐蚀，抗老化能力强，绝缘、隔热、热膨胀系数小，力学性能表现为各向异性，平行于纤维方向强度和弹性模量较高，垂直纤维方向强度和弹性模量很低，可较好地实现工业化生产和施工，有利于提高工程质量和施工效率，防火性能较差。体外预应力最早应用于桥梁的建设中，目前在桥梁中的应用也最成熟。体外预应力混凝土梁是指，将预应力筋布置在混凝土截面之外的预应力系统构件，在受力过程中，通过梁端锚固点和梁体上的转向装置，将体外预应力筋中的预应力传递至梁体上，从而起到抵消外荷载，改善梁体工作性能的效果。目前国内外许多著名公司都

6、开发了成套体外预应力体系，主要有：瑞士的VSL体系，德国的DYWIDAG和我国的OVM体系、HVM体系等。体外预应力体系主要组成部分包括：预应力索、体外索防腐系统、锚固系统、转向系统、减震装置。预应力索一般可分为组合索和成品索；锚固系统可分为可调式和永久式；转向系统可分为横隔板式、肋式和块式；减震装置不是主要受力构件。从施工方法来讲，体外预应力属于后张拉方法。由于不需要穿透混凝土梁体，体外预应力与体内预应力相比较有着更广泛的应用，概括起来有如下优点：从便于预应力筋的观测、养护和维修来讲，体外预应力的预应力筋位于截面之外，如果预应力筋出现破损腐蚀，可以及时进行维修更换，使得构件的耐久性、安全性得

7、到有效保障。从预应力筋中预应力的检测和补张拉来讲，体外预应力筋内的体外预应力可以很方便地通过预设传感器或便携式检测仪器进行检测，若预应力损失过大，可以很方便的用张拉装置进行补张拉，以确保结构良好的受力性能和安全状态。预应力筋设置在截面之外，梁肋内不设孔道，避免了对梁肋截面的削弱，增强了梁肋的抗剪能力，而且减少了腹板的厚度，从而减小了构件自重。梁体没有预留孔道的限制，施工过程中浇筑质量易于控制，简化了施工。摩阻损失小，预应力筋只在锚固端和转向点与梁体混凝土局部接触，因此摩阻损失较小，而此项损失是体内预应力主要损失之一，从而提高了预应力筋的利用率。体外预应力混凝土桥梁按其体外预应力筋布置形式，可分

8、为单一型和混合型。体外预应力结构是否配置体内预应力又可分为：体内、体外混合型体外预应力混凝土结构和全体外预应力混凝土结构。碳纤维筋与钢材质应力筋相比较有其自身特点：以往采用的钢材质预应力筋为各向同性，其抗拉、抗压及抗剪强度都较高，因此在锚固时比较容易，碳纤维筋为各向异性，其横向抗剪强度仅为纵向抗拉强度的1/10左右，若采用常规锚固，碳纤维很容易因为锚具的挤压力过大而破坏，因此不能采用常规锚具，应研制专门的锚具，日本、美国及欧洲等国家采用碳纤维较多，因此已经开发了一定形式的锚固系统。由于碳纤维横向抗压和抗剪强度都较低，因此在选择锚固位置时要尽量减小局部应力锚固端可选在横隔梁、牛腿或主梁平缓处，转

9、向装置形式也应平缓，碳纤维预应力筋的布置形式也不可弯折角度过大，一般不大于10。由于碳纤维预应力筋在张拉完成后容易产生徐变断裂，因此张拉应力不可过大，一般取50%至60%的抗拉标准强度值。由于碳纤维材料的温度线膨胀系数与混凝土的差异较大，因此在采用碳纤维体外预应力筋时应充分考虑温度效应。采用施加体外预应力的加固方法产生于20世纪40年代的前苏联，主要用于工业厂房的加固与维修，使得许多建筑的使用寿命得以延长，后来随着经验的积累及技术的发展逐渐运用于其他结构的加固维修。混凝土桥梁由于设计、施工不当、材料质量不符合要求，使用功能的改变以及工作环境的影响等因素，会造成极限承载力下降或正常使用功能不满足

10、要求，才从而需要进行整体或局部的加固设计与施工。混凝土桥梁加固方法一般分为两种：一种是在基本不改变结构的受力体系的前提下，增大混凝土截面的加固方法（被动受力）。另一种是通过调整结构的受力分布，使之能够满足安全和使用要求（主动受力）体外预应力加固的关键是如何提供可靠的预应力传力途径，确保加固后结构的应力状态能够满足设计要求。体外预应力加固方法是一种有效的主动加固方法，这种方法没有其他加固方法中常见的效应滞后的缺陷。它可以加固超筋截面，调整截面受力，补强由于火灾等原因受损的结构构件，而且可以充分发挥高强材料的高强特性。但是传统的钢绞线预应力筋的防腐问题一直限制着体外预应力的发展。近年来，为了彻底解决这一问题，德国工程师采用了轻质高强的非金属预应力筋并陆续修建加固了许多公路铁路桥梁，同时也积累了大量的工程实践经验，碳纤维预应力筋的采用有效的解决了体外预应力的防腐问题，促使碳纤维筋体外预应力体系越来越受到各界的重视和青睐。