结构鉴定与加固第八章.ppt

,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,历史：碳纤维复合材料应用于建筑加固方面只有二十年左右的历史。,8.1 设计规定,8.1 设计规定,加固原理：用特制的树脂类粘结材料粘贴纤维复合材以提高承载力的一种加固方法。,碳纤维的优点：施工简便，加固速度快，高强（数倍于钢材），轻质（如棉絮般柔软），高弹性模量，耐湿热、高温，耐老化。,常用材料：碳纤维和玻璃纤维。但玻璃纤维因为性能方面的原因已经很少采用。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.1 设计规定,8.1 设计规定,碳纤维的性能：1）力学性能：强度：碳纤维布强度一般为19004900MPa；碳纤维板强度一般为15003200MPa；日本东丽公司的高强碳纤维强度：可达7000MPa。弹性模量：碳纤维布的弹性模量一般为：2.12.3105MPa。脆性性质：受力过程一直处于弹性变形状态，无塑性流变。2）热膨胀系数：(-1.41.7)10-6/。3）抗疲劳性能：10万次，90%的弯曲应力；1000万次，80%的弯曲应力。相应的钢材为：50%和40%。,碳纤维和胶粘材料,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.1 设计规定,8.1 设计规定,第八章 粘贴纤维复合材加固法,碳纤维的性能：4）耐腐蚀性能：耐酸碱。5）其他性能：碳纤维的阻尼性能比钢好，振动衰减快，导电，碳化温度10001300，无毒，不易燃、不易爆。,碳纤维的种类：碳纤维由有机纤维经特殊工艺碳化而成。按原材料的不同分为：粘胶基碳纤维，聚丙烯腈基(PAN基)碳纤维,沥青碳纤维。聚丙烯腈基(PAN基)碳纤维是由丙烯腈单体聚合而成的一种合成纤维，经特殊工艺经碳化而成，是目前碳纤维产量最高、发展最快、技术最成熟、质量最好的一种碳纤维。黑色。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.1 设计规定,8.1 设计规定,碳纤维复合材料：以上均为碳纤维原材料，需要将其加工为各种类型的碳纤维增强复合材料。包括用碳纤维纺织成的碳纤维布、片材，压制成的碳纤维板材、棒材。一般采用：一般采用的是碳纤维增强树脂复合材料（也有其他的复合材料）。其中树脂是基料，用于固定碳纤维位置、方向和传递荷载与变形。各向异性：单向纤维片材和双向纤维片材。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,树脂类胶粘材料：包括底涂胶（底层树脂），修补胶（找平胶）。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.1 设计规定,8.1 设计规定,使用场合：本加固方法适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压和受拉构件的加固。不适合于素混凝土和配筋率小于最小配筋率的情况。碳纤维只能受拉。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,设计规定,对被加固混凝土的要求：C15，正拉粘结强度1.5MPa。,碳纤维的防护：不能暴露于阳光或有害物质中，需要有防护，且应与碳纤维变形协调。长期环境温度不应高于60。特殊环境时除需要合适的防护外，还要按专门的工艺进行粘贴。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.1 设计规定,8.1 设计规定,碳纤维的设计、计算指标：,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.1 设计规定,8.1 设计规定,对既有荷载的处理：应采取措施卸除或大部分卸除作用在加固结构上的活荷载。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,玻璃纤维的设计、计算指标：,防火要求：当原结构构件有防火要求时，应按照建筑防火设计规范，对纤维复合材进行防护。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,平截面假定：遵守混凝土结构设计规范，碳纤维的拉应变符合平截面假定。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,8.2 加固计算,纤维复合材的应力应变关系：线性关系，拉应力f等于拉应变f与弹性模量Ef的乘积。,二次受力的影响：当需要考虑二次应力影响时，需确定纤维复合材的滞后应变。,对粘结剥离的要求：在达到受弯承载力破坏以前，不会出现纤维复合材之间的粘结剥离破坏。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,加固后的相对界限受压区高度fb,:1)对重要构件：fb=0.75b；2)对一般构件：fb=0.85b。,b：加固前的相对界限受压区高度。,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,8.2 加固计算,碳纤维复合材设计允许拉应变：1)对重要构件：f=0.007；2)对一般构件：f=0.01。见前表。大于钢材的屈服应变：sy=0.0010.0018,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,矩形截面受弯构件的受拉区混凝土表面上粘贴纤维复合材进行加固时：其正截面承载力：,实际是求解一个简单的二元二次方程组，先从方程1入手，未牵涉到计算加固碳纤维。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,M-构件加固后弯矩设计值；ff-纤维复合材的抗拉强度设计值；Afe-纤维复合材的有效截面面积；a-纵向受压钢筋的合力点到截面近边的距离；f-考虑二次受力影响时，纤维复合材的抗拉强度有可能达不到强度设计值而引入的强度折减系数，当f 1.0时，取1.0；f0-考虑二次受力影响时，纤维复合材的滞后应变，按规范规定计算；若不考虑二次受力影响，则f0=0。h0-构件加固前的截面有效高度。f-纤维复合材的拉应变设计值。根据纤维材料的品种，分别按前述材料表进行计算。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,计算系数f值-综合考虑受弯构件裂缝截面内力臂变化、钢筋拉应变不均匀及钢筋排列影响等的计算系数。,te-混凝土有效受拉截面的纵向受拉钢筋配筋率。Ate=0.5bh+(bf-b)hf当原构件钢筋的s0150MPa时，且te0.05时，f值应乘以系数0.9。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,实际粘贴纤维复合材的截面面积Af的计算：,纤维复合材厚度折减系数km：,1、当采用预成型板时，km=1.0；2、当采用多层粘贴的纤维织物时：,Ef-纤维复合材弹性模量设计值，见前表；nf和tf-分别为单方向上纤维复合材的层数和厚度。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材截断位置：正截面加固，纤维复合材截断位置距其充分利用截面应有如下的粘贴延伸长度：,lc-纤维复合材粘贴延伸长度；bf-受拉面粘贴的纤维复合材的总宽度；ff-纤维复合材的抗拉强度设计值；ff,v-纤维复合材与混凝土之间的粘结强度设计值，ff,v=0.40ft,低于0.40MPa 取0.40MPa；大于 0.70MPa 取0.70MPa；1-修正系数，对重要构件取1.45；一般构件取1.0。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材截断位置：,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,梁底面粘贴纤维复合材有困难时的处理方法：可以将纤维复合材粘贴在梁侧距受拉区边缘1/4截面高度范围以内，侧面粘贴纤维复合材的截面面积Af,1按下式换算：,Af,b-按梁底面计算的纤维复合材的截面面积；f-改贴梁侧后的纤维复合材截面面积修正系数。,修正系数f,hf-侧面粘贴高度,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,受弯承载力提高幅度：受弯（正截面）承载力的提高幅度不应超过40%，且应进行抗剪承载力验算，避免因受弯承载力提高后出现受剪破坏先于受弯破坏。,纤维复合材的加固量：对预成型板，不宜超过2层；对湿法铺层的织物，不宜超过4层，超过4层宜采用预成型板。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,抗剪碳纤维加固,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,抗剪碳纤维加固,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材斜截面加固计算：采用纤维复合材条带对受弯构件进行斜截面加固：,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材斜截面加固计算：与加大截面加固法有类似的限制条件：,当hw/b4：类似于混凝土结构设计规范，有适用截面限制条件：V 0.25cfc0bh0;当hw/b6：V 0.20cfc0bh0。其它情况线性插值。,纤维复合材斜截面加固计算：采用封闭箍和U型箍对钢筋混凝土梁进行抗剪加固时：,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材斜截面加固计算：采用封闭箍和U型箍对钢筋混凝土梁进行抗剪加固时：,Vbf-粘贴纤维复合材条带后提高的抗剪能力；vb-与抗剪粘贴方式和受力条件有关的强度折减系数；Af-配置在同一截面处纤维复合材条带的全部截面面积；hf-梁竖向纤维复合材条带的高度；sf-纤维复合材条带的间距；ff-纤维复合材抗剪加固时强度设计值，取抗拉强度的0.56倍；框架梁和悬挑梁取0.28。,抗剪强度折减系数vb,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材的大偏心受压构件正截面加固计算：应将加固的纤维复合材粘贴于构件受拉区的混凝土表面，且与构件轴线方向一致：,关于计算公式中纤维复合材的屈服与否的问题：大偏心受压与受弯情况一样，由于原受拉钢筋极限应变值su=0.01，而加固施工一般在全截面受压时进行，因此实际不存在纤维复合材的应变滞后问题。即破坏时，纤维复合材一般均可以达到抗拉强度设计值。ff-纤维复合材抗拉强度设计值。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材受压构件正截面加固：采用沿构件全长无间隔地环向连续粘贴碳纤维的方法（简称环向约束法）进行加固。,环向约束法加固轴心受压构件的适用条件：1、长细比l/d12的圆形截面柱；2、长细比l/b14、截面高宽比h/b1.5、截面高度h600mm的正方形或矩形截面柱，截面棱角经过圆化打磨。,环向约束法加固轴心受压构件的正截面承载力计算：,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,环向约束法加固轴心受压构件的正截面承载力计算：,1-有效约束应力；c-混凝土强度影响系数；kc-环向约束的有效影响系数，按下页方法取用；f-环向约束体积比；按下页方法取用；fe-纤维复合材的有效拉应变设计值，重要构件：0.0035，一般构件：0.0045；r-截面棱角的圆化半径。,Acor-钢筋网，螺旋筋或箍筋内表面范围内的混凝土核心面积；,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,环向约束法加固轴心受压构件的正截面承载力计算：,kc-环向约束的有效影响系数圆形截面柱：kc=1.0；正方形或矩形截面柱：s-柱中纵向钢筋的配筋率,f-环向约束体积比，圆形截面柱：,正方形或矩形截面柱：,nf和tf-分别为单方向上纤维复合材的层数和厚度。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,环向约束法加固轴心受压构件的正截面承载力计算：,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材的受拉构件正截面加固计算：应将加固的纤维复合材粘贴于构件受拉区的混凝土表面，且与构件受拉方向一致：,ff-纤维复合材的抗拉强度设计值；,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材的大偏心受拉构件正截面加固计算：应将加固的纤维复合材粘贴于构件受拉区的混凝土表面，且与构件受拉方向一致：,关于计算公式中纤维复合材的屈服与否的问题：大偏心受压与受弯情况一样，由于原受拉钢筋极限应变值su=0.01，而加固施工一般在全截面受压时进行，因此实际不存在纤维复合材的应变滞后问题。即破坏时，纤维复合材一般均可以达到抗拉强度设计值。ff-纤维复合材抗拉强度设计值。,8.2 加固计算,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.2 加固计算,纤维复合材提高柱的延性的加固计算：纤维复合材环向围束钢筋混凝土柱。,箍筋体积配筋率v：纤维复合材环向围束作为附加箍筋，加固后的混凝土柱的体积配筋率计算：,v,e-被加固柱原有箍筋的体积配筋率；v,f-环向围束作为附加箍筋算得的箍筋体积配筋率的增量。,8.3 构造规定,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.3 构造规定,对钢筋混凝土正弯矩区进行正截面加固时，应延伸至支座边缘，且在端部和集中荷载作用处的两侧设置纤维复合材U型箍;,当纤维复合材延伸至支座边缘处仍不能满足延伸长度的要求时，尚应符合以下构造要求：对梁：见左图a。最端部应设箍。对宽度、厚度和长度均有要求。对板：见左图b。对宽度、厚度均有要求。,8.3 构造规定,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.3 构造规定,对钢筋混凝土负弯矩区进行正截面加固时，应采取如下措施：1、支座处无障碍时，应延伸至正弯矩区，距离零弯矩点不少于1m；2、支座处有障碍时，但梁上有现浇板时，允许绕过柱位，在梁侧4倍板厚hb范围内，将纤维复合材粘贴于板面上。,8.3 构造规定,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.3 构造规定,对钢筋混凝土负弯矩区进行正截面加固时，应采取如下措施：3、框架端节点处，纤维复合材只能粘贴到柱边缘而无法延伸，则应粘贴L型或U型钢板进行锚固：,Aa,1-支座处需粘贴的L型钢板截面面积；f-纤维复合材的强度利用系数。,8.3 构造规定,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.3 构造规定,对钢筋混凝土负弯矩区进行正截面加固时，应采取如下措施：4、支座处有障碍时，且梁上无现浇板时，采用如下方式：,柱中箍板的数量、等级和直径均需计算确定。,8.3 构造规定,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.3 构造规定,对板、壳、墙和筒体进行纤维复合材加固：应采用多条密布的方式，不得采用整幅织物满贴。内部残存空气及胶不容易均匀。对梁或柱的斜截面进行加固：1、宜用环形箍或加锚的U型箍，但仅为构造配箍时，可以采用U型箍；2、纤维方向应与轴线方向垂直；3、箍的间距不应大于最大箍筋间距的0.7倍，且不应大于梁高的0.25倍；4、U型箍的上端应粘贴纵向压条；,8.3 构造规定,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.3 构造规定,对梁或柱的斜截面进行加固：5、梁高600mm，增设纵向压带。,8.3 构造规定,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.3 构造规定,纤维复合材环向围束加固钢筋混凝土柱，应符合下列规定：1、纤维复合材的层数，对圆柱不小于2层，对方柱不小于3层；2、环向围束上下层间的搭接宽度不应小于50mm，环向搭接的长度不应小于200mm，且各条带搭接应错开。加固正方形或矩形截面构件时，应将其棱角打磨圆化：梁：20mm，柱：20mm。玻璃纤维减5mm。,8.4 例题讲解,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.4 例题讲解,例题1：梁加固。某T型梁截面尺寸250mm600mm，C20级混凝土，钢筋HRB335，225+222，翼缘宽度和厚度分别为：bf=600mm，hf=100mm，s=35mm，跨中最大弯矩M=330kNm(其中初始弯矩Mi=80kNm)，如果采用碳纤维加固，选高强级单向碳纤维布，计算该梁的正截面加固量Acf。碳纤维每层厚度0.167mm，Ecf=2.30MPa。,8.4 例题讲解,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.4 例题讲解,例题2：梁加固。某双筋梁截面尺寸200mm500mm，C20级混凝土，钢筋HRB335，As=804mm2，As=226mm2，s=60mm，s=35mm，若在此梁底部粘贴碳纤维2层，每层厚0.111mm，总厚0.222mm，Ecf=2.30MPa，求能承受的设计弯矩值。,8.4 例题讲解,第八章 粘贴纤维复合材加固法,第八章 粘贴纤维复合材加固法,8.4 例题讲解,例题3：梁加固-斜截面。某双筋梁截面尺寸250mm600mm，C20级混凝土，纵向钢筋HRB335，225+422；箍筋HPB235，28200，验算腹筋是否满足要求；若不满足则计算CFRP U形箍加固的宽度和间距。,