玻璃纤维钢筋

玻璃纤维钢筋（通用7篇）

玻璃纤维钢筋 篇1

以高强玻璃纤维为增强材料, 以合成树脂为基体材料, 并掺入适量辅助剂复合而成的复合材料, 称为玻璃纤维增强塑料 (英文缩写:FRP) , 俗称玻璃钢, 主要有“玻璃纤维钢筋”和“玄武岩纤维钢筋” (见图1) 。它相对于普通钢筋具有很多优势, 绝对的防腐性能、绝热绝缘性、抗拉强度高、便于切割、重量轻 (仅为普通钢筋的1/4) , 而且和普通钢筋相比具有很大的增效性。

0前言

玻璃纤维增强材料是国外20世纪初开发的一种新型复合材料, 具有质轻、高强、防腐、保温、绝缘、隔音等诸多优点, 目前已经在美国等发达国家广泛使用, 在国内许多重大工程项目上也有应用。

1 产品特点

1.1 抗拉强度高:抗拉强度优于普通钢材, 高于同规格钢筋的20%, 而且抗疲劳性好。

1.2 质量轻:仅为同体积钢筋的1/4;密度在1.5~1.9 (g/cm3) 之间。

1.3 耐腐蚀性强:耐酸碱等化学物的腐蚀可抵抗氯离子和低PH值溶液的侵蚀, 尤其是抗碳化合物和氯化合物的腐蚀性更强。

1.4 材料结合力强:热膨胀系数与钢材相比更接近水泥, 因此FRP筋材与混凝土结合握裹力更强。

1.5 可设计性强:

弹性模量稳定。热应力下尺寸稳定, 折弯等形状可任意热成形;安全性能好, 不导热、不导电、阻燃抗静电, 通过配方改变与金属碰撞不会产生火花。

1.6 透磁波性能强:

FRP筋材是一种非磁性材料, 在非磁性或电磁性的混凝土构件中不用做脱磁处理。

1.7 施工方便:

可按用户要求生产各种不同截面和长度的标准及非标准件, 现场绑扎可用非金属拉紧带, 操作简单。

2 国内主要生产厂家

2.1 淮南市金德实业有限公司主要产品有树脂锚固剂、高强化学锚栓、注射式植筋胶、建筑结构胶泥、粘钢胶等5个系列锚固产品及玻璃纤维增强塑料 (俗称玻璃钢) 筋材和玻璃纤维增强塑料锚杆等2个系列复合材料产品, 并拥有加固工程施工资质。其中锚固产品在国家体育馆、国奥村、奥运棒球场馆、奥运自行车场馆、奥体中心多功能训练馆、北京体育总局等项目上得到了应用。成功应用于中国石太高速公路、甘肃兰州地震监测站、北京地铁4号线、上海复兴东路隧道、上海宜山轻轨车站、国内大型电解槽厂以及市政工程窨井盖等, 同时还远销美国、欧洲、中东以及东北亚等国际市场。

2.2 南京锋晖复合材料有限公司主营产品玻璃钢钢筋、玻璃钢锚杆、玻璃钢筋材、玄武岩纤维筋、碳纤维筋材, 公司产品目前已成功运用在煤矿巷道、半煤岩巷道支护、边坡支护、岩面锚固、轨道交通、围海工程、建筑基坑支护等多个领域, 解决了这些领域的防静电、高腐蚀、重复开发地下空间等技术难题。并远销欧美国家。

另外, 国内中山市浦美复合材料有限公司、海宁安捷复合材料有限责任公司等厂家也有生产。

3 应用案例

3.1 国际案例 (以美国为例)

美国佛蒙特州一座用特殊材料建造的21世纪之桥以塑胶加固, 并配有光纤传感器, 这样在80公里以外就可以对桥上的交通情况进行监控。该桥的独特之处在于它的加固钢筋和格栅不是用钢条制成的, 而是用玻璃纤维聚合物制成的。这种玻璃纤维钢筋绝不会被腐蚀, 而且很轻, 便于移动。这是该州选择这种材料建桥的主要原因。因为每年冬天佛蒙特州都会被冰雪和路盐困扰。玻璃纤维钢筋的成本要比传统的钢筋高一些, 但桥的使用寿命延长了一倍。

3.2 国内案例 (以地铁为例)

地铁施工中利用玻璃纤维筋高抗拉强度、低抗剪强度的特性, 以玻璃纤维筋替代盾构穿越影响范围内围护桩的钢筋, 盾构通过时可直接切削, 减少人工拆除围护桩及钢筋这道工序, 有效消除这个过程中极易发生的人身伤害, 减少对周围环境的影响。

(1) 天津地铁2号线沙柳路站的中间部分设置了一换乘段, 远期将实施与地铁7号线的换乘。其北侧地连墙作为7号线车站端头井的一部分可采用凿除方式, 而南侧地连墙作为盾构区间的一部分, 既要保证2号线地连墙的入土深度及受力要求, 又要保证盾构机能够穿越。因此设计在-19.7m标高以下的地连墙中采用了一种新型材料———玻璃纤维筋代替普通钢筋来受力, C10砼代替C30砼来浇筑地连墙。

(2) 深圳地铁5号线大学城站盾构井连续墙设计中应用玻璃纤维钢筋, 车站为地下二层3跨箱型结构, 围护结构采用800mm厚的地下连续墙+钢管内支撑体系, 在盾构井段设置2副玻璃纤维钢筋连续墙, 每幅宽3.5m, 在正对盾构刀盘中心上下左右7.0m×7.0m范围内布置玻璃纤维筋。

(3) 成都地铁1、2号线端头井围护结构采用Φ1200mm的人工挖孔桩, 间距1200mm~2400mm, 盾构洞门处设置Φ1500mm的人工玻璃纤维筋挖孔桩。桩顶设冠梁, 桩间挂钢筋网, 喷射100mm~150mm厚混凝土, 基坑采用Φ609mm的钢管内支撑。盾构开挖范围内围护桩桩体主筋采用Φ25mm、箍筋采用Φ12mm的玻璃纤维钢筋, 主筋之间和主筋与箍筋之间均采用绑扎连接, 搭接长度是普通钢筋搭接长度的1.3倍, 桩体设计C30混凝土, 嵌入坑底土层深度为3.5m。每个盾构隧道洞门范围内玻璃纤维筋围护桩3~5根。

4 结束语

目前, 玻璃纤维钢筋可广泛应用于公路、桥梁、机场、码头、车站、水利工程、地下工程等领域;适合应用于污水处理厂、化工厂、电解槽、窨井盖、海防工程等腐蚀环境;应用在许多具体工程项目上, 包括隧道工程、基坑和边坡支护、防腐工程、防电磁干扰工程、砖混结构加固工程;盾构机进出口洞门处用来代替普通钢筋有便于切割的优点、矿山法施工中的锚杆有便于安装、永久防腐的优点、制成土钉、泥钉、预应力锚杆等, 军事工程、保密工程、特殊工程等需绝缘脱磁环境、医院的核磁共振室、机场设施、高压电设备及附近工程、加固砖混结构抵抗地震台风冲击波以及对局部发生开裂或者变形结构进行修复等。

摘要：玻璃纤维钢筋是一种新型的复合材料, 具有质轻、高强、防腐、保温、绝缘、隔音等优点, 国内的生产厂家很多, 产品形式多样。目前已经在美国等发达国家广泛使用, 在国内许多重大工程项目上也有应用。

关键词：玻璃纤维钢筋,地铁,围护结构,盾构井连续墙

参考文献

[1]张恒, 陈寿根, 赵玉报, 李茂文.玻璃纤维筋在盾构井围护结构中的应用研究[J].铁道标准设计, 2011 (3) .

[2]徐泽.玻璃纤维筋在成都地铁工程中的应用[J].安徽建筑, 2010, 17 (1) .

[3]卢致强, 刘建伟, 徐晓鹏.玻璃纤维筋混凝土在地铁工程中的设计与应用[J].四川建筑科学研究, 2010, 36 (5) .

[4]蒋小锐.玻璃纤维筋在地下连续墙中的应用[J].铁道标准设计, 2009 (10) .

玻璃纤维钢筋 篇2

1 试验概述

在工程中,常常遇到有些混凝土板承载力、裂缝宽度、挠度等不满足要求的情况,有必要对其加固,以满足各项需要。本文着重对芳纶纤维(AFRP)加固钢筋混凝土板前后承载力、裂缝数量、挠度等各方面的加固效果进行了研究并提出了计算模型

2 试件准备及加固方案

本次试验预制钢筋混凝土板4块。

2.1 材料性能

混凝土为构件厂配置,设计强度为C20,实测力学性能见表1,钢筋的力学性能见表2。加固用芳纶纤维布性能见表3。

MPa

MPa

2.2 加固方案

本次试验预制钢筋混凝土板4块,其中RCP-1,RCP-2为参照板,未进行加固,RCP-3,RCP-4为加固板,具体加固情况见图1。

3 试验方法

加载方式采用八点加载,以模拟板受均布荷载的情况。试验采用DH3815N数据采集系统,每次采集间隔时间为2 s。加载设备为50 t静载加载装置,每次荷载增加1 kN。具体加载方案见图2。

4 试验结果

4.1 裂缝特征

钢筋混凝土梁在各级荷载下的裂缝数量、最大裂缝宽度见表4。从以下数据可以看出,芳纶纤维加固对混凝土板的初裂荷载应稍有提高。随着荷载的增大,加固后的混凝土板上裂缝数量逐渐增多,且由板中间逐渐向板端发展,裂缝间距离较均匀。当荷载相同时,采用芳纶纤维加固后的板产生的裂缝条数少于参照板,且其最终破坏时裂缝宽度较小,不超过0.5 mm。

4.2 荷载—挠度曲线

本次试验记录了加固试件与对比试件在各级荷载作用下的挠度情况,见图3。由荷载—挠度曲线可以看出,在加荷的初期,由于芳纶纤维应力滞后,加固与否对挠度的影响不大,但随着荷载的增加,芳纶纤维逐渐发挥了作用,从而对挠度产生明显的影响,相同荷载条件下,加固板的挠度远小于参照板。参照板在荷载加到40 kN时破坏,而加固板在加载到40 kN后,荷载还继续增长,一直增长到85 kN左右,此时混凝土板的挠度已达到65 mm。总之,采用芳纶布加固混凝土板极大地提高了其承载力,并改善了混凝土板的延性。

5 理论计算

由于芳纶纤维布的应力—应变关系为线弹性关系,且混凝土的应力—应变关系为[6]:

芳纶纤维加固混凝土梁的承载力计算模型如图4所示。

图4中,σf,Af分别为芳纶纤维片材应力和面积;C为受压区混凝土的合力,其大小为:

由力的平衡条件可得:

由力矩平衡条件可得:

6 结论与展望

1)芳纶纤维加固混凝土板可以显著提高混凝土板的抗弯承载力。2)芳纶纤维加固混凝土板可以很好地限制裂缝的产生和发展。3)芳纶纤维加固混凝土板可以减小混凝土板在相同荷载下的挠度,极大地提高混凝土板的延性。对比板在挠度达到45 mm时已经完全破坏,但芳纶布加固板在跨中挠度达到70 mm时,还未出现明显的破坏情况。4)芳纶纤维布与现有结构胶配合良好,整个加载过程中未出现剥离。5)需进行芳纶纤维加固混凝土构件在动荷载条件下的试验,找出该方法在此类条件下使用的注意点使其可以更广泛的运用

参考文献

[1]Hamid saadamanesh.Fiber composites for new and existing structur[J].ACI Structural Journal,1994(3):346-354.

[2]陈子娟,朱晓娥,江德保.芳纶纤维与碳纤维加固混凝土结构的比较研究[J].山西建筑,2008,34(10):89-90.

[3]王文炜,赵国蕃.碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究及抗弯承载力计算[J].工程力学,2004(4):172-178.

[4]刘涛.芳纶纤维在加固混凝土梁中的应用[J].工程建设,2008(6):143-144.

[5]崔士起,张新华,成勃.芳纶纤维加固钢筋混凝土梁试验研究[J].工业建筑,2004(sup):24.

玻璃纤维钢筋 篇3

现在, 国外已经产生了许多考虑剪切效应的纤维模型, 总体上来说可以分为四类[1], 即:拉杆-压杆模型、微平面模型、弥散裂缝模型、损伤模型。

2 模型介绍

2.1 拉杆-压杆模型

Guedes[1997]试图在纤维模型梁单元中引入剪切。该模型通过纤维离散化来考虑轴力, 用拉杆-压杆模型来考虑剪切。由于该模型是早期模型之一, 所以其存在不少缺点:不能考虑其他抗剪机理的作用;材料的本构模型为单轴本构模型;不能在物理基础上考虑轴力、弯矩、剪力的相互作用;弯矩能够通过平均轴向应变εoe来影响剪力, 反之则不成立;没有得到一个准确的截面刚度矩阵;对试验观测中的截面破坏过程预测和模拟没有达到理想的要求;等等。

Martinelli[2002]考虑了不同抗剪机理的贡献, 并将剪力分为不同部分分别予以不同的方法进行考虑。虽然此模型考虑了不同抗剪机理的影响, 但是在截面刚度矩阵中剪力贡献只由桁架机理提供, 并且完全没有和轴力、弯矩项耦合, 因此会导致更多的迭代次数才能达到收敛。在循环荷载下, 数值模拟中的强度退化比试验时更大。

Ranzo和Petrangeli[1998]提出一种模型, 抗剪强度也来自几个不同的组成部分。剪切模型和纯弯模型串联, 轴力、弯矩、剪力通过截面刚度矩阵系数结合到一起, 但是并没有达到截面层次的完全耦合。此模型中一些假定来自于经验思路, 没有理论基础和试验验证。例如:等效斜压杆来自于假定轴力平行于横向钢筋;开裂角Φ假定为30°或45°;在桁架结构中的纵筋贡献值也是一个假定值。因此在峰值后性能的模拟上存在一些缺陷, 与实际试验中的刚度下降规律存在一些差异。

2.2 微平面模型

Petrangeli[1999]引入了改进微平面理论的双轴本构关系来重现单调和循环加载。虽然此模型对试验构件的模拟较好, 但是其内在本质使得考虑不同机理对抗剪的贡献较为困难, 并且其对纵筋销栓作用的估计存在不足, 这个方法低估了剪压区的抗剪能力, 因此难以预测无腹筋小尺寸钢筋混凝土梁的抗剪能力。其计算复杂性也会在结构分析程序中带来一些困难, 特别是宏观拉应力和混凝土纤维矩阵必须通过每条纤维和每步加载进行数值推导。

2.3 弥散裂缝模型

Collins、Vecchio[1988]提出了修正压应力场理论 (MCFT) , 并利用该理论建立了截面模型, 使用迭代过程来确定应力和应变分布, 并建议从两个相邻截面的平衡中找出截面剪应变分布。此截面模型应用于单调加载的梁截面下得到了很好的结果。但是迭代推导时需要确定纵向应变梯度, 为此, 在定义剪力分布使用了运动约束:即预先定义剪应变、剪应力的分布。除了无腹筋的梁以外, 此截面模型的数值模拟很好地预测了试验中的强度, 为了克服这个限制, Vecchio[2000]提出了一个新的概念模型来描述开裂混凝土的性能, 即扰动应力场模型 (DSFM) 。因为此模型分析推导过程是基于平截面假定的, 所以不能预测加载和支撑区域的局部作用。

与此同时, Hsu[1988]提出的转角软化桁架模型 (RA-STM) 与MCFT采用了基本相同的力学模型, 主要的不同在于:取消了裂缝处局部平衡的检查;不再使用单独的钢筋应力-应变关系, 而是使用大量试验来确定混凝土包裹下的钢筋应力-应变关系。

Bentz[2000]改进了截面方法, 使其能计算钢筋混凝土横截面在轴力、弯矩、剪力下的强度和变形, 但是只适用于静力加载条件, 这主要是由于没有应用材料的循环特性。应用了此模型的程序可以计算集中荷载或者均布荷载下深梁的荷载-挠度曲线。此方法隐含了两个假定:平截面假定和横向没有明显的有效应力。这意味着沿单元长度方向的每个点处的混凝土和横向钢筋力必须平衡。在距离支撑和加载点一定距离的地方 (即局部效应可忽略) 进行分析时这两个假定是明显有效的, 但是不考虑横向钢筋的截面反应预测是不够完美的, 给该方法的应用带来了限制。

Remino[2004]在梁单元公式中试图使用弥散裂缝方法。这考虑了轴力、剪力、弯矩的直接相互作用。但是由于使用的循环荷载下的材料本构模型和应用的增量迭代法来解决系统的非线性方程, 在循环分析中也会遇到数值困难。并且其数值预测和试验数据对比结果不是很理想。

Bairan[2006]提出了一个非线性纤维截面模型。此模型应用在混凝土结构中能模拟所有六种内部力和变形 (任意形状横截面、任意纵向钢筋和箍筋的布置) 。因为其中不需要假设剪力和应变分布, 所以截面层次的平衡和协调是令人满意的。但是另一方面, 此模型也需要一些近似假定 (在变形位移的定义及其离散化方面) , 变形的变化随梁长、材料性能、截面离散化而变化。这些近似假定是否影响质量、数值稳定性、方法的适用范围尚没有一个清晰的论断。

Mostafaei[2007]在修正压应力场的基础上提出了一个新的算法:轴剪弯相互作用法 (AS-FI) 。此方法分别使用基于传统截面分析的轴弯模型和基于双轴剪切模型的轴剪模型来考虑轴弯和轴剪耦合。此方法的预测结果和试验对比吻合较好, 也需要大量的迭代过程, 因此随后的简化方法--单轴剪弯法 (USFM) , 减少了迭代过程, 并且在和试验对比时仍然得到了令人满意的结果。但是此方法只能用于计算各种梁柱构件在单调加载下的反应, 不能将其扩展到反复加载及整体结构的计算。

2.4 损伤模型

混凝土在循环荷载下非线性性能的一个主要特征就是明显的损伤。Kotronis等[2000, 2005]建议的Timoshenko多纤维单元能够很好地模拟试验试件的整体性能。但是包含线性剪应力的一维材料本构关系假定不能准确重现由于受剪开裂的混凝土截面的各项异性反应, 为此, 在循环荷载下使用三维本构关系是必要的。这种单元的预测结果和试验对比有一些差别, 主要体现在荷载峰值预测偏大, 以及卸载和反向加载时刚度退化过快。

3 结语

耦合了拉杆-压杆模型的纤维模型相对比较简单, 可以直接用于计算不同的抗剪机理的贡献。但需要合适的基于经验的校准程序, 并且在考虑弯、剪、轴的耦合方面也不近于实际, 因此使得这些模型的应用范围受到了限制。

为了满足更多的细化和更确切的计算要求, 在基于微平面原理的纤维模型中加入了偏心混凝土规则, 但是此类模型面临的计算上的复杂性是比较难以解决的。

非经验模型MCFT能够对钢筋混凝土性能提供稳定精确的模拟, 但只适用于单调加载, 在此基础上通过应用新的截面方程将其扩展到反复加载。但是也需要解决计算复杂和数值稳定性的问题。

损伤原理被应用于纤维梁单元, 要准确地考虑在反复荷载下不同荷载的耦合, 必须使用新的二维或三维损伤机理。其在处理应变软化的方面有其独到之处。

通过上面的介绍可以看出:很难用一个万能的模型来对所有的结构进行受力反应的模拟, 因此根据研究目的选择或改进一个合适的模型是比较重要的。在选择模型时可以考虑以下几点:研究目的的限制, 剪-弯-轴力耦合的准确性, 以及基于此模型所设计的程序的计算效率

摘要：本文主要介绍了现在国外使用较多的考虑剪切效应的纤维模型, 包括这些模型的来源、算法、适用范围、存在的缺陷和改进过程, 并在此基础上提出根据具体情况选择合适的模型进行研究。

关键词：剪切,钢筋混凝土,纤维模型

参考文献

[1]Paola Ceresa, Lorenza Petrini, Rui Pinho.[2007]Flexure-Shear Fiber Beam-Column Ele-ments for Modeling Frame Structures Under Seismic Loading-State of the Art[J].Journal of Earthquake Engineering, 2007, 11:46-88.

[2]Remino, M.[2004]Shear modelling of rein-forced concrete structures[D].PhD Thesis, Di-partimento di Ingegneria Civile, Universitàdegli Studi di Brescia, Brescia, Italy.

[3]Jesus Miguel Bairan Garcia, Antonio R.Mari Bernat.[2007]Coupled model for the mom-lin-ear analysis of anisotropic sections subjected to general3D loading.Part1:Theoretical formula-tion[J].Computers&Structures, 2006, 84:2254-2263.

碳纤维加固钢筋混凝土施工技术 篇4

1 采用碳纤维布加固的优点

1)施工周期短,碳纤维复合材料加固混凝土结构不需要大型机具、设备,在保证施工质量和无意外干扰的前提下,同样条件下所需时间不足目前国内大量应用的粘钢板方法所需时间的1/2。根据有关统计资料,同为粘贴加固工法,粘贴碳纤维片材是粘贴钢板施工工效的4倍～8倍。2)具有极佳的耐腐蚀性能,适用于地下结构、给排水结构、海工结构、化工车间等易锈蚀工程的加固,无论是结构类型、结构形状有何差别,它都能顺利地解决加固问题,而其他加固手段却是很难实现的。3)施工质量易保证,即使被加固结构的表面不是非常平整,粘结碳纤维加固也可以保证近100%的粘贴率,且现场检测方便,即使有小的空鼓,也可以用针管注胶法补救。由于碳纤维自身优异的物理力学性能,在加固混凝土结构中利用其高强度、高弹性模量的特点提高了混凝土的承载力等。4)施工干扰小,在较小的空间中即可实施碳纤维片材加固结构的施工,除了混凝土表面处理时的灰尘需要控制以外,对一般结构物的正常使用几乎无任何干扰。在对桥梁、道路进行碳纤维片材加固施工时,可以不中断交通。5)不增加结构自重,因碳纤维片材轻薄,粘贴后几乎不增加结构重量。

2 碳纤维的材料特性

1)工程中常用德国进口的碳纤维布(C200),其主要性能指标见表1。

2)树脂一般采用国产JGN型建筑结构胶,其主要性能指标见表2。

3 构造做法

为了加强梁(柱)碳纤维布锚固及增加抗剪能力,一般在梁(柱)端每侧粘贴160 mm宽U(口)型箍1道,在主次梁相交处每侧粘贴160 mm宽U型箍1道。

U型箍的粘贴高度宜取构件截面高度,对于U型粘贴形式,宜在上端粘贴纵向碳纤维片材压条,口型箍全截面封闭粘贴。

考虑到碳纤维布多层粘贴时受施工现场影响的因素较大,建议受弯构件粘贴碳纤维布的层数不应超过3层。

4 施工工艺

1)基底处理。

a.混凝土表面出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除,对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。b.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,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥20 mm)。c.风机将混凝土表面清理干净,并保持干燥。

2)涂底胶。

a.按主剂∶固化剂=3∶1配置底胶。将主剂与固化剂先后置于容器中,用台秤计量,电动搅拌器均匀搅拌。根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间,一般情况下20 min～50 min内用完。b.将底胶均匀涂刷于混凝土表面,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。一般固化时间为6 h～24 h。

3)找平。

a.混凝土表面凹陷部位应用修补剂填平,模板接头等出现高度差的部位应用修补剂填补,尽量减小高度差。b.转角处应用修补剂修补成光滑圆弧,半径不小于20 mm。待修补剂表面干燥后方可进行下一步工序。

4)粘贴。

a.按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。b.调配、搅拌粘贴材料粘结剂(使用方法与底胶相同),然后均匀涂抹于待粘贴的部位,在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象,特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位。c.粘贴碳纤维布,在确定所粘贴部位无误后,用特制工具反复沿纤维方向滚压,去除气泡,并使粘结胶充分浸透碳纤维布;并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶,使之均匀。多层粘贴应重复上述步骤,待碳纤维布表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴。d.在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹粘结胶。用工具反复沿纤维方向滚压,并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶,使之均匀。e.碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于200 mm。

5)保护。

加固后的碳纤维布表面采用抹灰或喷防火涂料进行保护。

6)质量要求。

a.每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查,并做好相关的验收记录,如出现质量问题,立即返工。b.施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主,用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面,以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象,应采用针管注粘结胶的方法进行补救。粘结面积若少于90%,则判定粘结无效,需重新施工。c.严格控制施工现场的温度和湿度。施工温度在5℃～35℃范围内,相对湿度不大于70%。

5结语

1)碳纤维片材加固混凝土结构的施工周期短、效率高,材料由人工在现场加工;没有大中型设备的损耗;检测方便、快捷,在较小的空间即可进行施工,基本不影响结构的正常使用;施工便捷、工期短,对各种结构构件的外形大都可以使用该方法加固;由于材料自重较轻,加固后基本不增加结构自重,不改变结构外观尺寸和形状。与其他加固方法相比,节省了大量的机械台班费、人工费和检测费。2)运用该技术施工时对环境的干扰影响很小,符合现代工程建设对施工技术的要求,有利于环境保护。从长远来看,该技术将在结构加固领域占据主导地位。

参考文献

[1]CECS 146∶2003,碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].

玻璃纤维钢筋 篇5

1 加固行业的需求

近几十年来,由于旧建筑的工程事故不断发生,各经济发达国家正逐渐把建设的重点转移到旧建筑的维修、改造和加固方面。对既有结构物的监测鉴定和维修加固改造已成为一些发达国家土木建筑业的投资与研发主体。美国劳工部1998年预测,对结构物的维修加固改造是美国21世纪9个热门行业之一。ASEC估计从1999年～2003年美国仅用于修复混凝土基础设施的费用将达13 000亿美元,约为国民生产总值的4%。英国在1980年建筑物维修改造工程占英国建筑工程总量的2/3;瑞典建筑业20世纪80年代首要的任务是对已有建筑物进行更新改造,1983年用于维修改造的投资占总投资的50%[1]。我国虽是发展中国家,但历史上有几次质量滑坡,使我国已进入新建与维修加固并重的时期。据1995年统计[3],我国就有30亿m2民用建筑需要鉴定加固改造,其中10亿m2急需维修加固。特别应该注意的是我国有2/3的大城市位于地震区,其中20个百万人口特大城市位于地震烈度8度区。

2 碳纤维加固钢筋混凝土结构的发展

从20世纪80年代开始,日本、美国和新加坡以及欧洲部分国家的大学、科研机构,都相继对碳纤维材料用于混凝土结构的加固进行了大量的研究。特别是在美国旧金山、洛杉矶、日本阪神大地震之后,生产实践的需要推动着碳纤维材料在工程结构加固中应用的迅速发展,也在不断验证着该材料的优越性。与其他的加固技术相比,粘贴碳纤维布加固修补混凝土结构具有明显的技术优势,主要表现在[4,6]:高强高效;极佳的耐腐蚀性和耐久性能;质轻体小,不增加构件的自重及其体积;适用面广;施工便捷、施工质量易保证;耐疲劳性能好。

由于上述诸多优点,碳纤维加固钢筋混凝土结构技术得到了广泛的应用,逐渐取代粘钢法成为主导加固方法。目前,对于CFRP的应用方面一些发达国家已经编写了各种相关的设计施工规程、指南和手册,同时也组织了各项技术的各种促进会,以使碳纤维材料在土建工程中能得到推广和应用。1993年日本建筑院(AIJ)颁布了世界第一份关于FRP加固混凝土结构的设计指南,于1997年出版了英文版。1996年JSCE正式颁布了《连续纤维材料补强加固混凝土结构物的设计及施工规程》,1997年完成英文版。2000年,日本建筑法推演了以功能为基础的法规,制定了住宅功能评价体系。现已收集到的公司、学会及专业学会的规程、规范、手册等有《利用CFRP的已有钢筋混凝土柱的耐震补强加固工法——设计及施工规程》《利用碳纤维板的混凝土结构物的修补及补强加固设计施工手册(草案)》。美国土木工程学会(ASCE)于1997年创办了新期刊《Journal of Composites for Construction》。CFRP加固法已成为每两年举行一次的Structural Faults and Repair国际会议的一个重要专题。ACI于2000年5月出版了《Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures》。

20世纪90年代以来,CFRP加固也成为我国土木工程加固改造业的一个热点,是每两年举行一次的“全国建筑物鉴定与加固学术交流会”的重要议题之一,我国于2000年6月召开了首次CFRP加固混凝土学术会议,2004年9月召开第三届纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术交流会,并已制定CECS 146∶2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程。

但是,碳纤维加固钢筋混凝土结构在没有施加防护的情况下的耐火性能是比较差的。文献[7]指出:在100 ℃～140 ℃范围内,碳纤维布拉伸试样的试验结果实际上主要体现了配套胶粘剂的剪切强度。而胶粘剂的剪切强度在实际工程中为安全起见,可将温度不小于120 ℃时胶粘剂的剪切强度近似取为0。也就是说在没有施加防护的情况下碳纤维加固混凝土结构的耐火性能是比较差的。当火灾发生时,如果碳纤维加固混凝土结构没有施加有效的防护措施,很快就会失效,从而造成巨大的生命财产损失。而世界上火灾发生的次数及其带来的损失是惊人的。

目前,有关常温下碳纤维布加固钢筋混凝土构件的研究工作已开展较多,并取得了大量研究成果,但高温下该类构件的研究才刚刚开始,其研究还非常少,因此对碳纤维加固混凝土结构的耐火性能的研究显得非常重要并且很有必要。

3 结语

碳纤维布加固钢筋混凝土结构是一种良好的加固技术,具有很多明显的优势,在工程中得到了广泛的应用。但碳纤维布加固钢筋混凝土结构的耐火性能比较差,国内外有关研究还开展较少,在实际工程中碳纤维布加固钢筋混凝土结构的抗火设计无章可循。对碳纤维布加固钢筋混凝土结构的抗火性能的研究显得非常必要及紧迫。

摘要：从对既有结构物进行监测鉴定和维修加固的必要性出发,阐述了碳纤维加固钢筋混凝土结构的发展,并指出碳纤维布加固钢筋混凝土结构是一种良好的加固技术,具有很多明显优势,在工程中得到了广泛的应用。

关键词：碳纤维布,钢筋混凝土结构,加固,发展

参考文献

[1]卓尚木,季直仓,卓昌志.钢筋混凝土结构事故分析与加固[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.

[2]范锡盛,曹蔽,岳清瑞.建筑改造和维修加固新技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[3]刘西拉,方东平,宋晓冰.沿着结构生命周期的探索[A].中国土木工程学会第九届年会论文集[C].2000:3-12.

[4]赵彤,谢剑.碳纤维布补强加固混凝土结构新技术[M].天津:天津大学出版社,2001.

[5]佟舟.碳纤维加固钢筋混凝土施工技术[J].山西建筑,2008,34(5):94-95.

[6]岳清瑞.我国碳纤维(CFRP)加固修复技术研究应用现状与展望[J].工业建筑,2000,30(10):23-26.

玻璃纤维钢筋 篇6

结构随着服役时间的增长以及受到环境侵蚀、物理作用、气候条件等其他外界因素的影响, 其工作性能将会发生退化, 甚至遭到破坏。此外, 由于设计失误、施工监管松散、使用条件变更和环境恶化等因素, 致使某些新建结构也急需加固改造。现有诸多的加固方法, 如增大截面尺寸、体外预应力、外包钢加固等。虽然以上方法已有部分成功案例, 且取得了很多成熟经验, 但仍存在不足之处, 如:施工技术要求较高、难度大、工期长、对环境影响大、减少了原有结构的使用空间等, 因此原有技术具有一定的局限性[1]。

碳纤维复合材料具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性和耐久性好等优点, 其优越的材料性能及在施工中使用方便已被广泛关注。本文以某实际工程为依托, 论述了因结构使用功能改变造成钢筋混凝土梁承载力不足采用碳纤维加固的实用设计与施工方法, 以期为相关工程提供参考。

1 工程概况

某工程为单层砌体结构, 建筑总高度7.80 m, 建筑总面积1 015.02 m2。基础形式为钢筋混凝土条形基础, 其环境类别为二类 (b) , 卫生间厨房环境为二类 (b) , 上部结构为一类。砌体施工质量控制等级为B级, 基本风压0.4 k N/m2。基本雪压0.4 k N/m2, 地面粗糙度类别为B类, 场地地震基本烈度7度, 抗震设防烈度7度 (0.10 g) , 设计地震分组为第三组。因结构使用功能改变, 需对一面砌体横墙进行拆除 (如图1所示) 。为保证整体的安全性, 对承重墙体顶部钢筋混凝土圈梁 (以下简称混凝土梁) 进行检测鉴定, 并通过表面粘贴碳纤维片材进行加固 (见图1) 。

2 混凝土梁加固方案设计

2.1 材料检测结果

经现场检测, 本工程砌块强度等级为MU10, 砂浆强度等级为M7.5, 圈梁混凝土强度等级为C20, 纵向钢筋为HRB400, 箍筋为HPB300。

2.2 加固方案设计

加固钢筋混凝土圈梁 (A-B/4) , 其所在结构的平面位置如下图2所示。

首先, 采用PKPM软件进行计算分析, 圈梁与其上墙体组合为简支墙梁, 结构计算简图如图3所示。

托梁截面高度bb=240 mm, 截面高hb=300 mm, 支座中心线距离lc=7 500 mm, 墙体计算高度wh=1050 mm, 墙体厚度h=240 mm, 计算得墙顶墙重标准值G1=5.54k N/m, 托梁活载标准值Q1=1.80 k N/m, 墙顶恒载标准值G2=1.80 k N/m, 墙顶活载标准值Q2=0.90 k N/m, 混凝土强度等级C20, 托梁主筋设计强度fy=360 MPa, 托梁箍筋设计强度fyv=270 MPa, 墙体砂浆等级M7.5, 砌块等级MU10。根据砌体规范可求得托梁在使用阶段的跨中设计弯矩:M=41.45 k N·m;托梁在使用阶段的支座截面设计剪力为V1=60.63 k N;墙体在使用阶段的支座截面设计剪力为V2=68.55 k N。

承载力复核过程如下:

1) 抗弯承载力Mu。由计算分析可知, 跨中最大弯矩为41.45 k N·m, 支座最大剪力68.55 k N。跨中处配筋为212, 由规范给出的公式得,

托梁截面高度h=300 mm, 由文献[2]可得, 取混凝土保护层厚度c=25 mm, 因此, as'=25+12/2=31mm, h0=h-αs=300-31=269 mm, α1=1.0, fc=9.6 N/mm2, b=240 mm, fy=360 N/mm2, As=226 mm2。

由公式 (1) 得:x=fyAs/ (α1fcb) =360×226/ (1.0×9.6×240) =35.3mm;

代入公式 (2) 得:

Mu≤M, 此混凝土梁的抗弯承载力不能满足要求, 需要进行加固处理。

2) 抗剪承载力Vu。箍筋直径为6.0 mm, 箍筋间距为200mm, 依据文献[2]给出的受剪承载力公式可得, 符号含义详见文献[2]。

即Vu=70.27 k N。

Vcs>V, 此梁的抗剪承载力满足要求。

根据PKPM计算以及验算结果, 此梁加固采用日本东立公司生产的300 g碳纤维布及相配套的胶进行加固。具体加固方法为:单梁底部粘贴3层碳纤维随梁宽;竖向粘贴两层U形碳纤维150 mm宽, 净距100 mm;梁两侧水平两层碳纤维通长粘贴。如图4所示。

根据文献[3]给出的计算公式:

(1) 当混凝土受压区高度x大于ξcfbh, 且小于ξbh0时,

(2) 当混凝土受压区高度x不大于ξcfbh时,

(3) 当混凝土受压区高度x小于2as'时,

本工程中x=35.3 mm<2as'=62 mm, 因此采用式 (6) 进行计算。

式中, Ecf为碳纤维片材的弹性模量为2.5×105MPa;[εcf]为碳纤维片材的允许拉应变, 根据文献[3]给出的计算方法计算得[εcf]=0.0069;Acf为受拉面上粘贴的碳纤维片材的截面面积。

取加固前的弯矩设计值M=41.45 k N·m, 带入公式 (6) 计算得,

取bcf=240mm, 在梁底沿纵筋方向全长加固, 计算出所需碳纤维布的厚度:

由1层碳纤维布厚度tcf=0.167 mm, 则需要2层碳纤维布, 本工程中使用3层碳纤维布以提高可靠度。

验算在水平地震作用下砌体墙的抗震承载力。经验算, 在水平地震作用下砌体墙满足抗震要求。砌体墙的抗震计算结果如图5所示。

3 混凝土梁加固施工

混凝土梁加固施工的施工过程如下:

1) 卸荷。加固前应对所加固的构件尽可能卸荷, 该工程采用支脚手架的方法对需加固的构件进行卸荷;

2) 放线。按粘贴碳纤维布所需宽度用墨线在梁底、梁侧面等需补强的相应部位弹出标明;

3) 拆除横墙。把所需拆除的砌体横墙拆除直到露出混凝土梁。为保证安全, 拆除砌体横墙后用钢管进行支撑;

4) 找平。将拆除砌体横墙后裸露的钢筋混凝土墙采用水泥砂浆找平;

5) 清尘。找平完成后, 用吹尘机将混凝土面的粉尘吹干净, 然后用半湿的抹布将打磨面擦拭一遍, 候干;

6) 涂底胶。在补强部位涂一遍稀薄的底胶, 让其充分渗进混凝土面;

7) 粘贴碳纤维布。在处理完毕的混凝土面上, 再涂一层粘贴胶, 然后立即粘贴纤维布, 且不能出现空鼓、气泡、翘边等现象。碳纤维布的粘贴顺序为:梁底部 (3层) →U形箍 (2层) →横向压条 (每个侧面2层) ;

8) 过1 h左右, 待碳纤维布粘贴胶稍干时, 在纤维布面再刷一层面胶, 且让其盖住纤维布。30 min后在纤维布面撒上一层干燥的粗砂;

9) 为进一步提升结构的安全性能, 应甲方要求在所加固的钢筋混凝土梁下部架设一焊接钢梁, 钢梁由两个[16的槽钢焊接成口状。

4 结束语

此工程拆除一面承重横墙后, 经过检测鉴定、加固设计、准确施工, 结构整体满足安全使用要求, 可为相关工程提供参考。[ID:001460]

摘要：结合某实际工程, 因其使用功能发生了改变, 首先利用碳纤维材料对钢筋混凝土梁的抗弯强度不足进行了加固设计, 然后论述了施工步骤及注意事项, 可为有关工程提供参考。

关键词：碳纤维复合材料,钢筋混凝土梁,抗弯,加固

参考文献

[1]屠桦, 杜立忠.碳纤维加固钢筋混凝土梁在工程中的应用[J].混凝土与水泥制品, 2006, 33 (1) :44-45.

[2]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].

玻璃纤维钢筋 篇7

1 静载试验

1.1 试件梁介绍及加载装置

试件承载力计算均以图1中的简支梁试件为例, 截面尺寸为150mm×300mm, 简支梁跨度L=2 400mm, 另外考虑支座的制作, 梁全长取2 600mm.钢筋保护层厚度为25mm.截面配筋为:Ag=402mm2 , 配筋率μ=1.01%。试验加载装置如图1所示, 试验梁端支座均采用简支, 一端为滑动铰支座, 在水平方向可做适量移动, 另一端为铰支座。

在未进行材性试验之前荷载估算按《混凝土结构设计规范》[1] (GB50010-2002) 中取值, 材料强度按标准值计算, 并考虑试件自重。

C30混凝土:弯曲抗压强度fcmk=22MPa, 抗拉强度ftk=2.01MPa, 弹性模量Ec=3.0×104MPa。

钢筋:热轧Ⅰ级钢筋屈服强度fyk=235MPa, 弹性模量Es=2.1×105MPa;

热轧Ⅱ级钢筋屈服强度fyk=335MPa, 弹性模量Ec=2.0×105MPa。

1.2 静载试验荷载值

(1) 估算开裂弯矩Mcr和开裂荷载值Ncr[2]:

受压区高度xcr:

(2) 估算极限弯矩Mu和极限荷载值Nu[2]:

受压区高度xu:

式中:As, A′s——受拉钢筋、受压钢筋截面面积;

ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值;

αE——钢筋与混凝土弹性模量的比值, undefined;

b、h——试验梁横截面的宽和高;

h0——试验梁的有效高度;

L——试验梁的有效长度;

Mcr、Ncr——试验梁的开裂弯矩和开裂荷载;

Mu、Nu——试验梁的极限弯矩和极限荷载。

2 疲劳荷载估算

2.1 经验法

对于实际桥梁而言, 正常使用状态下, 仅在恒载作用时主梁所承受的荷载为最小荷载, 在恒载、设计活载共同作用时主梁所承受的荷载为最大荷载, 即相对意义上的疲劳荷载上下限。根据中交公路规划设计院《公路桥涵标准图—装配式钢筋混凝土T梁桥》 (JT/GQB 011-73) [3], 统计分析一定数量的13～20m跨径的简支钢筋混凝土T梁桥, 各跨径T梁桥技术标准相同 (桥宽:净7+2×1.5;设计荷载:汽-20;验算荷载:挂-100) 。取空间受力最不利的边梁作为分析对象, 采用刚性横梁法计算边梁荷载横向分布系数, 分别计算恒载、汽-20荷载作用时主梁跨中弯矩, 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004) [4]计算主梁跨中的极限承载弯矩, 取恒载弯矩与极限承载弯矩比值作为T梁桥中疲劳下限比例, 恒载与活载共同作用时的弯矩与极限承载弯矩比值作为T梁桥疲劳上限比例, 具体计算结果汇总见表1, 根据表中计算结果确定Mmax=0.5Mu, Mmin=0.15Mu, 取ρ=Mmin/Mmax=0.30。

取上面的经验值, 以图1中的简支梁为例计算。对于试验梁而言, 其极限承载能力可通过静载破坏试验确定, 根据实桥状态下疲劳上下限占极限承载力的比例来反推试验模型梁的疲劳加载上下限。根据静载试验计算结果Mu=33.0kN·m, 以及理论分析, 确定试验梁疲劳加载上下限作用弯矩为:Mmax=16.5kN·m, Mmin=4.95kN·m。

根据疲劳试验加载布置方式 (见图1) , 计算疲劳加载上下限为:

2.2 《混凝土结构设计规范》计算法

由于混凝土等级较高, 根据己有的研究成果混凝土受弯构件的疲劳破坏一般都由纵筋的疲劳断裂控制, 而且为了了解钢筋疲劳破坏后加固梁的碳纤维疲劳破坏时的破坏形态, 疲劳荷载设计时有意让混凝土芯梁中钢筋发生疲劳破坏。疲劳荷载估算根据《混凝上结构设计规范》 (GB50010-2002) [1]规定的强度验算方法和材料的疲劳强度标准取值。受压区混凝土边缘的压应力:

受拉钢筋应力:

C30混凝土:弯曲疲劳抗压强度fcm=17.6MPa, 疲劳变形模量Eundefined=1.3×104MPa。

钢筋:热轧Ⅰ级钢筋屈服强度fundefined=175MPa, 弹性模量Es=2.1×105MPa;热轧Ⅱ级钢筋屈服强度fundefined=200MPa, 弹性模量Es=2.0×105MPa。

受压区高度:

将数值代入 (5) , 解一元二次方程得

将x0=78.3mm代入 (8) 解得

Iundefined=2.14×108mm4

由受压区混凝土边缘应力确定Mundefined和Pundefined:

根据式 (5) 可知:undefined

由受拉钢筋应力确定Mundefined和Pundefined:

根据式 (6) 可知:

因此最大疲劳荷载应由钢筋疲劳强度控制:

根据疲劳试验加载布置方式 (见图1) , 计算疲劳加载上、下限为:

Nmax=2×Pundefined=39.424kN

Nmin=2×Pundefined=10.55kN

从计算结果可以看出, 两种方法计算出来的结果相差不大, 根据《混凝土结构设计规范》计算出来的结果偏于安全。

3 结论

通过用碳纤维材料加固钢筋混凝土梁, 能提高混凝土梁的承载能力以及增加混凝土梁的抗疲劳性能, 对碳纤维材料 (CFRP) 加固钢筋混凝土梁疲劳性能的研究一般是通过在试验室里进行疲劳试验来进行的, 在进行疲劳试验前必须确定加载值的大小。本文以简支梁试件为例, 计算静载试验荷载值:开裂荷载和开裂弯矩, 极限荷载和极限弯矩的大小, 然后通过未加固梁的静载试验得到的极限弯矩值大小估算疲劳荷载值的上、下限值。

参考文献

[1]GB50010-2002, 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]赵建昌.混凝土结构设计原理[M].北京:中国铁道出版社, 2004.

[3]中交公路规划设计院.JT/GQB 011-73, 公路桥涵标准图—装配式钢筋混凝土T梁桥[S].