钢纤维-钢筋混凝土板

钢纤维-钢筋混凝土板（共9篇）

钢纤维-钢筋混凝土板 篇1

近年来,外贴纤维片材的加固方法由于耐腐蚀、施工方便快捷、自重轻、不占用使用空间等优点而成为一项新兴加固技术[1,3]。目前碳纤维(CFRP)片材由于其优异的力学性能,已被广泛用于结构加固领域,但其固有的抗剪强度低,抗冲击强度差,脆性大而不宜弯折施工,良好的导电性造成通讯信号屏蔽等缺陷,使它的使用范围有一定的局限性。芳纶纤维(AFRP)片材则有较高的抗拉、抗剪和抗冲击强度,且柔软易于弯折,不会产生屏蔽等诸多优点,在电力、通讯以及其他一些特殊结构中有着碳纤维不可取代的应用前景[4]。

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.

[6]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

钢纤维-钢筋混凝土板 篇2

1、编制依据

本工程建筑、结构设计图纸

《桁架钢筋混凝土叠合板（60mm厚底板）》JGJ 1-2014 《桁架钢筋混凝土叠合板》技术条件 《装配式混凝土结构技术规程》 JGJ 1-2014 《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》JGJ 114-2014 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB 50204-2002（2010年版）

《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2012 《混凝土结构设计规范》 GB 50010-2010 《混凝土结构工程施工规范》 GB 50666-2011

2、桁架钢筋混凝土叠合板技术及特点

传统生产方式由于资源消耗大，人力资源短缺，开始制约行业的发展。住宅产业化，是用现代科学技术对传统住宅产业进行全面、系统的改造，通过优化资源配置，降低资源消耗，提高住宅的工程质量、功能质量和环境质量，提高住宅建筑劳动生产率水平，以实现住宅建筑可持续发展。叠合板施工工艺作为新兴的绿色环保节能型建筑新技术，符合产业化发展潮流，必将成为住宅产业化一个重要发展方向。叠合板施工可以实现“部件生产工厂化，现场施工装配化”，具有以下显著特点：（1）与现浇板相比，结构施工质量明显提高，楼板抗裂性能大大提高；板底平整度好，减少湿作业量。

（2）施工安全有效提高。采用叠合楼板使模板使用量大量减少，降低了模板安装和拆除过程中的安全风险，减少了安全管理难度。不需模板，板下支撑间距可加大为1.8~2.5米，周转材料总可节约80%以上；操作简易，质量更易控制，安全可靠性更高。

（3）施工周期明显减短。叠合板施工周期可以提高至每层5天，快于传统现浇体系单层施工周期，施工安装方便、快捷，可节约工期30%左右；

（4）施工难度大幅降低，叠合板结构体系采用机械化吊装施工，大幅降低施工人员工作强度。大量水电管线、预留洞口在工厂埋设，避免了传统结构水电安装施工可能出现的二次开孔、开槽及其不当可能出现的质量问题，支撑钢管大幅减少，较大的支撑间隙给施工人员提供了更大的操作空间。

3、本工程叠合板设计。本工程大量采用桁架钢筋混凝土叠合板，主要使用部位教学楼2F-5F、体育馆1F-2F、办公楼2F-14F、宿舍2F-10F采用桁架钢筋混凝土叠合板，典型板块DBS1-67-4215-11-325, DBS1-67-4215-11,最大板块DBS1-67-2634-22-800,板块实际尺寸2320*3145，底板厚度60，重量1.1吨。

4、叠合板工厂化生产。

1）构件单位选择和图纸深化。根据设计图纸以及合同约定，优选叠合板生产厂家，并报业主、监理审核批准。开始加工前结合各专业图纸进行深化设计，并组织结构、建筑、装修、机电等各专业审核确认，厂家依据审核批准的深化图纸组织生产。2）质量要求

（1）构件的质量验收应符合国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002(2010版)中的有关规定。预制底板平面几何尺寸允许偏差不得大于表 要求（mm）

（2）底板的制作、堆放、运输、吊装及叠合板的施工过程应遵守《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002(2010版)的规定。

（3）叠合板如需开洞，需在工厂生产中先在底板中预留孔洞（孔洞内钢筋暂不切断），叠合层混凝土浇筑时留出孔洞，叠合板达到强度后切除孔洞内钢筋。洞口处加强钢筋及开洞板承载能力由设计人员根据实际情况进行设计。

（4）底板上表面应做成凹凸不小于4mm的人工粗糙面。

（5）底板的混凝土强度必须达到设计混凝土立方体抗压强度的100%时，方可脱模、吊装、运输及堆放。

（6）为防止个别叠合板运至现场后因质量达不到规范要求而不能吊装，影响施工现场正常的进度。项目部跟甲方、构件厂家共同沟通，对叠合板质量进行二次验收，即第一次在厂验收，第二次在叠合板运至现场开始吊装时验收。

构件厂验收包含五个方面：模具、制作材料（水泥、钢筋、砂、石、外加剂等）；成品后，预制构件验收包括外观质量、几何尺寸。外观质量、几何尺寸要求逐块检查，项目部将委派质量员进厂验收。

预制构件现场验收为进场后的构件观感质量和几何尺寸、成品构件的产品合格证和有关资料。构件图纸编号与实际构件的一致性检查。对预制构件在明显部位标明的生产日期、构件型号、生产单位和构件生产单位验收标志进行检查。对构件上的预埋件、插筋、预留洞的规格、位置和数量符合设计图纸的标准进行检查。本道工序验收由各楼栋长负责。

（7）本工程执行试验段指导施工，“样板引路”，开始一到二层为试验段指导施工阶段，在试验阶段通过边施工边总结的指导思想，与建设单位、监理单位以及叠合板厂家共同总结经验，不断的改善施工方法。

5、现场施工准备与交底 1）技术准备

（1）项目技术负责人提前做好专项施工安全及技术交底，并根据施工方案及图纸认真地做好楼板的现场安装计划。

（2）相关技术施工人员要详细阅读施工图纸及规范规程，熟练掌握图纸内容，列出施工的难点和重点。图纸不明确的地方及时与建设单位工程部及设计院沟通。

（3）组织现场管理人员到使用叠合板的施工现场参观、沟通和学习。2）现场准备

（1）施工现场内设施工道路，并在施工道路边上做好排水沟。（2）在施工现场设置叠合板专用的堆场。

为了方便吊装，必须在楼侧边靠近塔吊处设置构件临时堆放场地，并做好场地硬化，在堆放场地四周要设置排水沟，避免堆放场地积水，影响构件堆放及吊装。构件堆放场地要做好安全围挡，悬挂标识，非工作人员不得进入。

堆放的支点位置同吊点，当无吊环时在距板端（L+120mm）/5的位置，板堆垛底下垂直叠合板长向紧靠吊环处应放通长垫木，板之间垫木应上下对齐、对正、垫平、垫实，不同板号应分别码放，不允许不同板号的板重叠堆放。薄板的叠堆高度不大于10层。

（3）施工前按照施工顺序由运输车辆将叠合板运至施工处。叠合板采用平放运输，放置时构件底部设置通长木条，并用紧绳与运输车固定。预制板可叠放运输，叠放层不得超过6层。运输车辆采用长14米，载重量40T的平板车。运输叠合板时，车启动应慢，车速应匀，转弯变道时要减速，以防止冲撞预制板造成损坏。

堆放场地应平整夯实，堆放时使板与地面之间应有一定的空隙，并设排水措施。板两端（至板端200mm）及跨中位置均应设置垫木，当板标志长度≤4.0m时跨中设一条垫木，板标志长度＞4.0m时跨中设两条垫木，垫木应上下对齐。不同板号应分别堆放，堆放高度不宜多于6层。堆放时间不宜超过两个月。3）材料准备（1）支撑体系: 立杆采用普通钢管Ø4.8×3.5满堂脚手架，顶部设可调顶撑，横肋采用5×10cm木方。（2）安装工具: 水准仪、塔尺、水平尺、冲击钻、橡胶垫、专用吊钩、铁锤、撬棍、扳手、锚固螺栓等。

根据设计图纸，最大板块DBS1-67-2634-22-800,板块实际尺寸2320*3145，底板厚度60，重量1.1吨，现场塔吊可以满足吊装要求。4）人员准备

（1）管理人员：施工现场叠合板安装主要施工员和安全员共同负责，并请叠合板厂家派专业技术人员对现场安装进行技术指导。（2）作业人员：作业人员经叠合板厂家相关技术人员培训后方可上岗。（3）安排取得江苏省住房和城乡建设厅颁发的塔吊指挥岗位证书的人员指挥塔吊。5）技术交底

（1）按照三级技术交底程序要求，逐级进行技术交底，特别是对不同技术工种的针对性交底，要切实加强和落实。

（2）重视设计交底工作，每次设计交底前，由项目技术负责人具体召集各相关岗位人员汇总、讨论图纸问题，设计交底时，切实解决疑难和有效落实现场碰到的图纸施工矛盾。

（3）切实加强与建设单位、设计单位、预制构件加工制作单位的联系，及时加强沟通与信息联系。

6、施工方案 1）工艺流程

2）施工方法

（1）、检查支座及板缝硬架支模上的平面标高

用测量仪器从两个不同的观测点上测量墙、梁及硬架支模的水平楞的顶面标高。复核墙板的轴线，并校正。（2）叠合板临时支撑体系安装

临时支撑材料采用普通钢管Ø4.8×3.5+可调顶撑，横肋木方采用5×10cm木方。

底板就位前应在跨中及紧贴支座部位均设置由柱和横撑等组成的临时支撑。当轴跨l≤4.0m时跨中设置一道支承；当轴跨4.0m＜l≤6.0m时跨中设置两道支承。支撑顶面应严格抄平，以保证底板板底面平整。多层建筑中各层支撑应设置在一条竖直线上，以免板受上层立柱的冲切。

临时支撑拆除应根据施工规范规定，一般保持连续两层有支撑。施工均布荷载不应大于1.5kN/m2，荷载不均匀时单板范围内折算均布荷载不宜大于1kN/m2，否则应采取加强措施。施工中应防止构件受到冲击作用（以上施工均布荷载不包括均匀分布的叠合层混凝土自重）。

临时支撑要求如下：

（1）立杆应尽量不用接头，如有接头，应相互错开；

（2）支撑下部应有扫地杆，扫地杆距楼地面≤200，并拉通；水平杆步距1500；

（3）立杆顶端采用可调顶撑，以方便调节支撑标高；（4）整个支撑体系应稳定、牢固。

（3）底板起重吊装。起重机械4个吊装点吊装，底板吊装时应慢起慢落，并防止与其他物体相撞。吊索与构件水平夹角不宜小于 60°，不应小于 45°。

（4）梁与预制板连接

预制板吊装校正后，预制板的预制钢筋伸入梁内，叠合板深入梁（墙）侧模的长度不小于15mm。并按图纸绑扎板负弯矩钢筋，浇筑叠合层混凝土，使预制层与叠合层形成整体项目。预制板厚为50mm，后浇叠合层为75mm。薄板搁置在现浇梁（板）上，砼同时浇浇筑。现浇梁（板）侧模上口宜贴泡沫胶带，以防止漏浆。应在墙模板模板边缘粘帖双面胶。叠合板尽可能一次就位，以防止撬动时损坏薄板。板之间拼缝应严密。

（5）、水电管线敷设、连接

楼板下层钢筋安装完成后，进行水电管线的敷设与连接工作，为便于施工，叠合板在工厂生产阶段已将相应的线盒及预留洞口等按设计图纸预埋在预制板中。现场安装时也可以后开洞，宜用机械开孔，且不宜切断预应力主筋。

①叠合板线盒在预制构件厂进行预埋，构件厂对线盒预埋须精确。②叠合板出厂前，对线盒内混凝土清理干净，并做好成品保护。禁止在现场进行剔凿。

楼中敷设管线，正穿时采用刚性管线，斜穿时采用柔韧性较好的管材。避免多根管线集束预埋，采用直径较小的管线，分散穿孔预埋。施工过程中各方必须做好成品保护工作。（6）、楼板上层钢筋安装

水电管线敷设经检查合格后，钢筋工进行楼板上层钢筋的安装。楼板上层钢筋设置在格构梁上弦钢筋上并绑扎固定之上，以防止偏移和混凝土浇筑时上浮。

对已铺设好的钢筋、模板进行保护，禁止在底模上行走或踩踏，禁止随意扳动、切断格构钢筋。（7）预制楼板底部拼缝处理

在墙板和楼板混凝土浇筑之前，应派专人对预制楼板底部拼缝及其与墙板之间的缝隙进行检查，对一些缝隙过大的部位进行支模封堵处理。

塞缝选用干硬性砂浆并掺入水泥用量5%的防水粉。填缝材料应分两次压实填平，两次施工时间间隔不小于6小时；

板底批腻子时，在板缝处贴一层10cm宽的纤维网格布等柔性材料。（8）、检查验收：

①楼板安装施工完毕后，首先由项目部质检人员对楼板各部位施工质量进行全面检查。②项目部质检人员检查完毕并合格后报监理公司，由专业监理工程师进行复检。（9）、混凝土浇筑

监理工程师及建设单位工程师复检合格后，方能进行叠合墙板混凝土浇筑。本工程的叠合楼板混凝土浇筑与叠合楼板、暗柱、框架梁一起浇筑。混凝土浇筑前，清理叠合楼板上的杂物，并向叠合楼板上部洒水，保证叠合板表面充分湿润，但不宜有过多的明水。

浇筑叠合层混凝土时，应特别注意用平板振动器振捣密实，以保证与薄板结合成整体。同时要求布料均匀，布料堆积高度严格按现浇层荷载加施工荷载1KN/㎡控制。浇筑后，采用覆盖浇水养护，混凝土成型12小时后开始进行养护，养护时间不得少于7昼夜。

7、安全要求

1）执行国家和省、市制定的各项安全规范和要求。2）作业人员进入工地必须正确佩戴安全帽，严禁酒后作业。3）现场吊装时，应用对讲机指挥。塔吊司机、塔吊指挥及其他操作人员必须按操作规程执行，严禁违规操作。4）支撑搭设牢固，并架设人行通道。

5）作业人员严禁任意踩踏钢筋及模板，严禁浇砼时任意拨动、扳弯钢筋等，并注意成品保护。

6）振捣砼的作业工人必须穿胶鞋、戴绝缘手套。

钢纤维-钢筋混凝土板 篇3

我国是发展中大国又是农业大国, 全国有320万个聚集村庄, 2亿多农户, 每年约有700万户在建8亿多平方米新房投入使用, 城镇房屋建筑每年竣工面积高达20亿m2。用什么样的墙材来满足经济高速增长、人民生活水平迅速提高的需求, 用什么样的资源来营造新型墙材, 摆脱“高资源消耗、高能源消耗、高污染”形象, 用什么样的方式来制造新型墙材, 是我们墙材行业人士常常思考的问题。

1 国内外发展现状及水平简述

混凝土空心建筑条板是建筑板材中最有代表性的品种之一, 是国内外墙材行业关注的焦点, 也是我国实现住宅产业现代化的重点项目。

1.1 市场规模

每年全国城市建筑竣工面积20亿m2, 投资规模约2万亿元, 其中墙体材料投资约占25%, 即5千亿, 保守的估计建筑板材占新墙材的40%, 墙体材料的投资规模将高达2千亿。

1.2 国外填充墙体材料应用现状

20世纪中后期, 国外发达国家科学技术高度发展, 建筑技术有了质的变化, 城市建筑向高层和超高层发展, 框架结构、钢结构成了建筑物的主流。目前, 发达国家建筑物70%左右为框架结构, 非承重墙体多为板材。据统计, 日本墙板占墙体材料总量的64%, 美国占47%, 东南亚国家也已达到30%以上。目前国外非承重墙体材料生产已达到自动化、规模化、系列化水平。

1.3 国内填充墙体材料应用现状

目前我国墙材仍以实心粘土砖为主体, 全国新墙材应用不足40%, 新墙材中空心砖、砌块居多。近年来, 新墙材应用比例不断提高, 北京、上海等大城市已超过80%, 这一发展趋势将逐渐扩展到全国。

混凝土空心条板的生产与应用, 在世界上已有近百年的发展史, 我国近20年发展应用较快, 特别是混凝土框架结构和钢结构成为建筑主流的今日, 其填充墙基本都是应用建筑条板。仅北京市近两年每年用建筑条板约2000万m2, 施工安装应用技术都已成熟。

2 我们对建筑条板的选择

2.1 墙材产品定位

遵循国家关于发展新型墙体材料, 禁止生产和使用烧结粘土砖, 一定要摆脱“高能耗、高资源消耗、高环境污染”传统墙材的发展之路。开发“高性能经济型”新型墙材是我们的目标, 经济型不意味是低档, 相反应具有耐久、舒适、节能、省地的应用特点, 做到“物美价廉”。我们研发的“纤维混凝土空心建筑条板”, 其物理力学性能远高于国家标准和引进设备生产标准, 可以与烧结实心粘土砖性能媲美;用建筑条板取代砖块可提高工效3倍、节材50%、减墙重50%、增加有效使用面积5%~8%, 可取代手工砌筑实现装配化施工。

2.2 原料资源的选择

“水泥加骨料”制成的混凝土墙材产品, 是既经济又实用的墙材。其原材料中30%是P.O 32.5普硅水泥, 全国所有县市都有此工业产品;70%的轻骨料全部选用粉煤灰、炉渣、石削、建筑垃圾等工业固体废弃物再生利用, 属于节约自然资源、保护环境的绿色建材。

2.3 建筑条板的生产方式

建筑产品工业化生产是实现住宅产业现代化的核心条件之一, 机械化自动化生产是产品高质量的保障。我们研发的“纤维混凝土空心建筑条板及自动化生产线”获国家发明专利, 具有当代发达国家同类产品的基本功能;具有与进口设备不同的短流程、低能耗、低水耗、低品位原材料、低投入、高产出等特点。

2.4 生产工艺流程

生产工艺流程见图1。

3 我们研发的自动化生产线核心技术及创新点概述

3.1 机组流水法

机组流水法是典型的自动化生产方式, 自动化无托板生产工艺, 它有别于当今国际上流行的同类机型, 是预制混凝土制品行业独创, 独具“无托板、高应力”的特点;高挤压应力是减少材质孔隙提高密实度、提高混凝土体积稳定性的第一要素, 是提高耐久性的有效技术措施之一, 也是实现混凝土条板自动化无托板工艺的首要条件。

3.2 低档原材料

70%的高三废掺量, 是生产高性能经济型混凝土建筑条板的重要条件, 属资源综合利用型。

3.3 适应于硬性物料

与泵送商混相比每立方米混凝土节约用水0.25 m3, 属于节水型混凝土工艺。

3.4 节能型隧道窑轻板养护工艺

充分利用水泥的水化热能, 无需蒸汽热源, 每年节煤500 t~1 000 t, 是节能减排低碳生产的新突破。

3.5 工业自动化生产

年产能力为30万m2, 相当于6个中小规模砖厂产量, 是砖厂更新换代的优选方案是禁实的有力措施之一。属于规模化大生产型。

3.6 清洁生产

无污染物排放, 属清洁化生产型。

4 短流程无托板生产工艺

高挤压应力获得制品的高密实度、高强度、低收缩等优异性能。刚出模的湿板就具有较高的强度, 这是实现无托板工艺的核心技术, 突破预制混凝土制品行业离不开托板或模板的传统工艺。

甩掉混凝土制品行业沿用至今的“一板一托”工艺。降低了成套设备规模、减轻了成套设备耗钢量, 全线能耗只有高压真空挤出生产线的1/8~1/10;免除了钢托板生产过程流转、清扫、防锈、涂脱模剂等生产环节, 省去了乳化机油脫模剂的消耗, 避免了脱模剂对环境的污染。

节材、节能, 提高生产效率, 降低生产成本, 仅不用钢托板一项就节省钢材80 t~300 t不等;节约投资, 是国外同类设备投资额的1/3~1/10。

由于摆脱了钢托板必须伴随混凝土制品全流程运转的传统工艺, 不但节省了钢托板, 钢托板流转的工艺装备、维护保养、涂刷脱模剂的工序也都不存在了。因此大大缩短了工艺流程, 主线全长仅16.8 m。国外同类设备为提高混凝土制品強度, 釆取在制品中加钢丝, 采取用蒸压釜进行高温高压养护等技术措施。

5 社会经济效益

目前, 我国建筑墙体材料中60%仍旧是实心粘土砖, 全国有砖厂8万多家, 每年烧砖6 000亿块, 耗煤6 000万t, 耗土10亿m3, 毁田50万亩, 排尘100万t, SO2115万t、CO21.7亿t、氮氧化物30万t, 还排放大量温室气体, 严重污染环境。

我们的研究成果是:年生产建筑条板30万m2, 相当于6个中小规模砖厂年生产能力之合 (4500万块标砖折合30万m2条板) , 每建设一条自动化生产线, 每年可节地38亩、节煤4 600 t、减排SO288 t、CO21.3万t, 氮氧化物23 t。不仅有显著的节能减排效益而且可以提高建筑施工效率、降低建材消耗、增加建筑物有效使用面积。由于同等墙体面积的条板质量只有砖墙质量的1/6, 可有效地减轻建筑荷载, 减小基础和梁柱的截面。

6 市场前景和技术发展预测

据预测我国建筑业50年内不会衰退, 百年之内混凝土仍将是工程材料的主导产品, 混凝土制品的预制技术特别是高性能轻混凝土制品的预制技术及其生产装备发展空间巨大, 未来的新型墙体材料必将朝着高性能化、原料资源再生利用和减量化、生产的清洁化、装备机械的自动化方向发展。

钢筋混凝土现浇梁板裂缝防治措施 篇4

1.现象与原因：

裂缝是现浇混凝土工程中常遇的一种质量通病。裂缝的类型甚多，按产生原因有：外荷载（包括施工和使用阶段的静荷载、动荷载）引起的裂缝；包括（温度、湿度变化、不均匀沉降、冻胀等）引起的裂缝；化学因素（包括钢筋锈蚀、化学反应膨胀等）引起的裂缝；施工操作（如脱模撞击、养护等）引起的裂缝。按裂缝的方向、形状有：水平裂缝、垂直裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝等；按裂缝深浅有表面裂缝、深进裂缝和贯穿性裂缝。2.预控措施

（1）预埋管线不应集中通过楼板，应分散布置。结构设计中对予埋管线较集中的板应采取板中、板上错开布置，不应重叠布置，且预埋管线在同一位置重叠不得超过两层。（2）混凝土原材料的质量控制 ○

1、水泥的质量控制

a水泥进场时，必须附有水泥生产厂的质量证明书；对进场的水泥应检查核对其生产厂名、品种、标号、包装(或散装仓号)、重量(对袋装水泥应随机抽取20袋，水泥总重量不得少于1000kg)、出厂日期、出厂编号及是否受潮等，做好记录并按规定采取试样，进行有关项目的检验。严禁使用过期、变质水泥。

b水泥的检验结果如不符合标准规定时，应及时向水泥供应单位查明情况，确定处理方案：如该批水泥已经使用，应查清该批水泥的使用情况(使用日期、应用该批水泥拌制的混凝土的强度、浇筑的结构部位和所生产的制品等)，并根据水泥质量情况确定处理方案。c进场水泥的贮放应符合下列规定：

袋装水泥应在库房内贮放，库房地面应有防潮措施；库内应保持干燥，防止雨露侵入；堆放时，应按品种、标号、出厂编号、到货先后或使用顺序排列成垛，堆垛高度不超过12袋为宜；堆垛应至少离开四周墙壁200mm，各垛之间应留置宽度不小于700mm的通道；当限于条件，露天堆放时，应在距地面不少于300mm的垫板上堆放，垫板下不得积水，水泥堆垛必须用苫布覆盖严密，防止雨露侵入。○

2、砂、石的质量控制

a配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂；当采用I区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性；当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率，以保证混凝土强度。当砂颗粒级配不符合上述要求时，应采取相应措施，经试验证明能确保工程质量，方允许使用。对于泵送混凝土用砂，应选用中砂。

b现浇板的混凝土应采用中砂，在满足和易性的前提下，宜降低砂率。泥块含量不得大于1％，含泥量不大于3％。

c当混凝土强度等级大于或等于C30时碎石或卵石中的针、片状颗粒含量应≤15%；当混凝土强度等级小于C30时，碎石或卵石中的针、片状颗粒含量应≤25%。

d粗骨料（石子），最大粒径不得超过构件最小尺寸的1/4且不得超过钢筋间距的3/4；对于实心板，最大粒径不得超过构件最小尺寸的1/3且不得超过40㎜。

e砂、石在运输与贮存时不得混入能影响混凝土正常凝结与硬化的有害杂质，并应防止将水泥及掺合料等混入；当运输工具交替装运其它物质(如锻烧白云石、石灰、煤炭、化工原材料等)时，应注意清扫运输工具，勿使混入有害杂物；堆放的场地应平整、排水通畅，宜铺筑混凝土地面。

（4）预拌混凝土必须做好试配，每立方米粗骨料的用量不少于1000kg、水泥用量应控制在270～450kg，粉煤灰的掺量不应大于15％； 水灰比应控制在0.4～0.5； C30及以下混凝土石子用量不得少于1350kg/m3（现浇板控制用水量不大于180 kg/m3）。

（5）检测机构、混凝土供应商提出的混凝土性能指标和相关生产技术资料应当齐全。（6）混凝土进入浇筑现场时应按检验批检查入模坍落度，不宜大于180mm。

（7）严格执行混凝土施工配合比，预拌混凝土严禁现场加水，改变水灰比，提高混凝土的坍落度。

（8）支撑模板的选用必须经过计算。严禁在虚土上支撑。上层支撑同下层支撑应在同一垂直线位置上，边支撑立杆与墙间距不得大于300mm，中间不宜大于800mm；模板标高控制在＋2mm，平整度控制在±2mm，板缝控制在2mm以内，并用胶带贴缝；根据工期要求，配备足够数量的模板；侧模拆模应控制在混凝土浇筑完毕48小时后，底模按规范和设计要求拆模。

（9）现浇板板底钢筋绑扎完后方可进行水电管线预埋，结束后方可进行上层钢筋绑扎，严禁钢筋绑扎与水电施工同步。

（10）严格控制现浇板的厚度和现浇板中钢筋保护层的厚度以及钢筋间距。应使用定型预制保护层垫块，且每平方米不得少于3块，在易开裂部位适当加密；阳台、雨蓬等悬挑现浇板的负弯矩钢筋下面，应设置间距不大于300mm的钢筋保护层垫块或支撑，保证在浇筑混凝土时钢筋不位移和不被下踩；施工时必须铺设架空通道，防止混凝土浇筑后遭踩踏。（11）现浇板中的线管必须分散布置在钢筋网片之上（双层双向配筋时，布置在下层钢筋之上），交叉布线处应采用线盒，线管的直径应小于1/3楼板厚度，沿预埋线管方向应增设Ø8@150mm、宽度不小于450mm的钢筋网带。线管并排水平埋设在现浇板中，线管间的最小间距不小于20mm。布置在现浇板上线管的找平层应适当加厚并采取加强措施，施工时应提前考虑局部加强找平层带来的现浇板厚度引起净高变化的问题。（12）混凝土浇筑前应采取以下措施：

○1对模板和支架进行检查，包括模板支架的形状、尺寸和标高，支架的稳定性，模板缝隙、孔洞封闭情况，预埋件的位置、数量和牢靠程度等；必须保证模板在混凝土浇筑过程中不产生位移或松动。

○2清理模板内的杂物，木模应浇水润湿以防过多吸收水泥浆造成混凝土保护层的疏松：而且木模吸水后膨胀挤严拼缝，可避免漏浆。

○3应检查钢筋的种类、规格、数量、弯折和接头位置、搭接长度等：还需检查钢筋保护层厚度和预埋件的规格、数量、位置等。

（13）设置板厚标高控制点，严格按照设计板厚浇筑砼。标高控制点标注在柱筋上；当柱间距超过2m时，在梁内焊接钢筋标注；找平时，必须带线找平，面层平整度控制在3mm以内。（14）混凝土浇筑应一次连续完成不得随意留置施工缝；混凝土自由倾落高度不应大于2m，当大于2m时应采用溜槽或串桶；混凝土应分层浇筑、振捣，振捣高度不得大于600mm。（15）混凝土板必须使用平板振动器振捣，初凝前宜进行二次振捣和初次抹压工艺，板混凝土在二次振捣后应进行表面一次抹压，终凝前应进行表面二次抹压，以减少板表面的细微龟裂。

（16）施工缝的位置和处理、后浇带的位置和混凝土浇筑应严格按设计要求和施工技术方案执行。后浇带应设在对结构受力影响较小的部位，宽度为800～1000mm。后浇带的混凝土浇筑时间应按设计要求进行施工；后浇带浇筑时宜采用微膨胀混凝土,后浇带混凝土应当单独制配，应采用小坍落度、石料含量大的混凝土；后浇带混凝土浇筑前必须清除交接面浮浆（石子外露1/3，不得将石子打断）和污染（严禁沾染油污），原混凝土面应提前淋水保湿72小时以上，浇筑时不得有明水。后浇带的位置和补浇时间应严格按照设计要求。(17）钢筋工程在混凝土浇筑过程中应确定专人负责，全程控制。

（18）混凝土现浇板浇筑完成后12h以内应覆盖养护，可采用麻袋或薄膜包裹覆盖，并淋水保湿；对普通混凝土上述过程至少应持续7d，对添加缓凝剂的混凝土或有抗渗要求的混凝土不得少于14天。

（19）混凝土浇筑后72小时内，不得进行踩踏、支模、加荷；如因特殊情况需提前支模加荷时，必须采取蒸汽养护等方法，确保混凝土强度不小于1.2Mpa；当混凝土强度小于1OMPa时，不得在现浇板上吊运、堆放重物，吊运、堆放重物时应减轻对现浇板的冲击影响。施工过程中应严格控制施工堆载，施工时的临时荷载不得超过设计文件规定的荷载限值，且应分散布置。

（20）现浇板的板底宜采用清水免粉刷措施。

（21）严禁用机械清理混凝土板面。施工过程中应严格控制施工堆载。施工时的临时荷载不得超过设计文件规定的荷载限制，且应分散布置。（22）冬期施工时,钢筋混凝土应符合以下要求:

a.冬期施工钢筋的焊接，宜在室内进行；当必须在室外焊接时，应在背风的场地进行，或者采取相应的防雨、雪及挡风措施；焊后的接头，严禁立即碰到雨和冰雪，以防接头脆断。b.钢筋绑扎完在浇筑混凝土后应覆盖塑料薄膜，做好保温防护工作，以防雨雪天气梁板面结冰受冻。

c.配制冬季施工的混凝土，应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且不应低于42.5级，最小水泥用量不宜小于300Kg/m3，水灰比不大于0.6。

d.混凝土在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢，运输和浇筑混凝土用的容器应具有保温措施。混凝土所用骨料必须清洁、不得含有冰雪等冻结物及易冻裂的矿物质。e.混凝土浇筑宜采用综合蓄热法施工，其受冻临界强度不得低于4MPa。混凝土拌合物的出机温度不得低于10℃，入模温度不得低于5℃。混凝土浇筑后应在裸露混凝土表面采用塑料布等防水材料覆盖并加盖麻袋等措施进行保温。对边、棱角部位的保温厚度应增大2～3倍。混凝土养护期间应防风防冻。

f.冬期浇筑的混凝土，在受冻前，混凝土的抗压强度不得低于下列规定：硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土，为混凝土设计强度的30%；矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土，为混凝土设计强度的40%；但混凝土强度等级不大于C10时，不得小于5.0N/㎜2，否则应事先采取防冻保温措施。

钢纤维-钢筋混凝土板 篇5

钢筋混凝土扁梁结构是一种新型的楼盖结构形式, 它是在无梁楼盖的基础上发展起来的, 是介于框架梁板结构和无梁楼盖结构之间的一种新型结构体系。该结构体系可以降低建筑物层高, 因而在中、高层建筑中得到广泛的应用, 具有很好的经济效益。

根据可查文献[1,2,3,4], 国内外学者仅对考虑其中某些参数 (扁梁、钢纤维、板和次梁、高强混凝土) 的框架节点的抗震性能进行研究, 均未针对考虑这些参数的无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板节点的抗震性能进行研究。本文研究节点区域钢纤维对该节点的破坏形态、承载力、延性及耗能能力等抗震性能的影响, 对无粘结部分预应力高强混凝土扁梁楼盖体系在地震区推广应用的可行性进行探索。

2 试验方案

(1) 构件设计

本文设计4个无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板节点, 缩尺比例为1/3, 模拟扁梁楼盖体系顶部几层的边节点承受水平低周反复荷载的情况。混凝土28d立方体抗压强度为68MPa, 板厚60mm, 节点箍筋为2Φ8@100, 节点设计详见文献[5], 如图1所示。其中J1节点不带板和次梁, 其它三个节点带板和次梁;J3施加的预应力大小为J1、J2和J4的1/2;J4节点区没有掺钢纤维, 而其它3个节点则在节点区掺有体积含量为1.5%的钢纤维;这四个节点的其它方面完全相同。本文主要对比J2和J4节点, 研究节点区钢纤维对无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板节点抗震性能的影响。

(2) 加载方案

本文采用柱端施加水平位移的加载方案, 如图2所示。试验装置在柱底模拟固定铰支座, 柱顶采用水平移动千斤顶施加轴向压力。梁反弯点处用上下两个可滚动钢轮夹住, 使梁端在反弯点处只承受剪力, 梁在柱顶水平位移作用下可左右移动, 不能上下移动。柱顶水平低周反复荷载由美国MTS电液伺服系统作动器施加, 额定加载能力为±500KN, 最大行程为±203.2mm。作动器往西为正向加载, 往东为负向加载[5]。

(3) 加载制度

试验时, 先施加轴向压力, 达到设计值后, 保持此轴向压力恒定。正式试验前先施加较低水平反复荷载两次, 检查试验装置及各测量仪表的工作是否正常。试验时按位移控制, 加载程序如图3所示。

注:a.梁、柱混凝土保护层25mm, 板10mm。 b.直交梁的箍筋都布置在节点外核芯区以外。c.板筋沿两个垂直的主方向上布置。d.核心区箍筋分为两层, 每层上内、外核心区各有一个双肢箍。

3 试验结果分析

对抗震节点来说, 着重观察节点屈服以后的受力性能。其试验结果通常用荷载-变形的滞回曲线及有关参数来加以分析。从国内外的研究情况来看, 节点的抗震性能应从破坏形态、承载力、延性和耗能能力几方面进行综合评定和对比, 以判断节点是否具有良好的恢复力特性。

(1) 破坏形态

两节点加载试验后, 核心区侧面与顶面裂缝均较少, 在扁梁靠柱内侧端部顶面均有一条贯通主裂缝, 且贯通整个板面, 二者均为柱侧梁端塑性铰破坏。这是由于柱、扁梁抗弯强度比均大于1.46, 满足强柱弱梁的原则, 没有形成柱端塑性铰破坏。另外, 扁梁侧面均以垂直弯曲裂缝为主, 说明扁梁具有足够的抗剪承载力。

从破坏形态上看, 如图4和图5所示, J2、J4梁底都有部分剥落, 但J4剥落比较严重, 且J4北侧面核心区交叉裂缝及梁顶面外核心区裂缝明显比J2多, 说明钢纤维能够改善节点区的破坏形态, 抑制节点区裂缝的产生和发展。

(2) 承载能力

由表1可以看出, 掺有钢纤维能明显提高节点的初裂荷载, 大约提高了10%左右, 而对其屈服荷载和极限荷载提高不明显。由节点的破坏形态分析可知, 两个节点均在柱侧梁端形成塑性铰, 因此, 其承载力提高不是很显著。

(3) 荷载-位移滞回曲线

荷载-位移滞回曲线滞回环面积是被用来评定结构耗能能力的一项重要指标。滞回曲线中加载阶段荷载-位移曲线下所包围的面积可以反映结构吸收地震能量的大小, 即结构产生的应变能;而卸载时的曲线与加载曲线所包围的面积即为耗散的能量。这些能量是通过材料的内部摩擦阻力或局部损伤 (如开裂、塑性铰转动) 将能量转换为热能散到空间中去。扁梁柱节点在低周反复荷载作用下的滞回曲线是在加载及其循环过程中试件裂缝的发生、发展和闭合、钢筋的屈服和强化、粘结退化和滑移;局部混凝土酥裂和剥落乃至破坏等现象的综合反映。它使人们能从极限承载力、刚度和耗能能力等方面综合评价试件的抗震性能和破坏机理[6]。

比较图6与图7, 可看出J2节点比J4节点滞回曲线更加丰满, 呈梭形, J4曲线出现轻微捏缩现象, 呈微弓形。这说明在节点核心区混凝土中掺入钢纤维, 能够改善钢筋和混凝土之间的粘结, 减少钢筋的滑移, 使扁梁纵筋有更好的锚固。这使地震作用有效传递给节点核心区, 避免了由于扁梁纵筋滑移造成的核心区混凝土交叉斜裂缝的张开和闭合, 增强了节点的刚度, 从而使滞回曲线基本上不出现捏缩现象, 滞回曲线更加饱和, 滞回环所包围的面积更大。然而本文2个节点均为梁端弯曲破坏, 节点核心区钢纤维的作用没有得到充分发挥, 所以它们之间的区别不很明显。

(4) 延性

混凝土构件的截面延性是指截面在破坏阶段的变形能力, 是抗震性能的一个重要指标。由表1可知, 两个节点柱端位移延性系数均大于3.0, 满足抗震设计的要求, 说明无粘结预应力扁梁楼盖体系具有较好的延性, 可用于地震区。

(5) 节点耗能能力

由表2可以看出:无粘结预应力高强混

凝土扁梁柱节点具有较好的耗能能力, 掺有钢纤维的J2节点比不掺钢纤维的J4节点滞回环面积大, 说明在节点区混凝土中掺入钢纤维能够改善钢筋和混凝土之间的粘结, 缓解钢筋的滑移, 使扁梁纵筋有更好的锚固, 滞回环曲线更加饱和, 其所包围的面积较大。但由于这2个节点均为柱侧梁端形成塑性铰破坏, 钢纤维的作用没有得到充分发挥, 其对耗能能力提高作用不是很明显。

4 结论

通过本文2个无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板边节点在低周反复荷载下的拟静力试验, 得到以下几个结论:

(1) 两节点均为柱侧梁端形成塑性铰破坏, 最终均在靠近柱内侧面的扁梁顶面形成一条贯穿整个板面的主裂缝, 钢纤维的掺入可避免混凝土剥落, 改善节点区的破坏形态, 抑制节点区裂缝的产生和发展。

(2) 节点核心区掺入钢纤维能显著提高节点的初裂荷载, 但对屈服荷载和极限荷载贡献不大。

(3) 两个节点的柱端位移延性系数μδ>3.0, 满足延性抗震设计要求, 说明无粘结预应力扁梁楼盖体系具有较好的延性, 可用于地震区。

(4) J2节点的荷载-位移滞回曲线呈现出梭形, 而J4节点的荷载-位移滞回曲线微显弓形, 节点核心区掺入钢纤维能增大滞回环面积, 提高节点的耗能能力, 但由于柱侧梁端形成塑性铰的机制, 其提高作用不太明显。

(5) 在工程应用中, 若无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板节点区箍筋较密, 可以考虑采用钢纤维取代部分箍筋, 一方面抵抗节点的剪力, 另一方面提高节点的延性耗能能力, 然而, 这方面需继续进行深入的试验和理论研究。

参考文献

[1]S.R.Mirghaderi, M.Dehghani Renani.The rigid seismic con-nection of continuous beams to column[J], Journal of ConstructionalSteel Research, Volume 64, Issue 12, December 2008, Pages 1516-1529.

[2]T.Shiratori, A.J.M.Leijten, K.Komatsu.The structural behav-iour of a pre-stressed column beam connection as an alternative tothe traditional timber joint system[J].Engineering Structures, Vol-ume 31, Issue 11, November 2009, Pages 2526-2533.

[3]代红军, 季韬.钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点性能试验研究[J].地震工程与工程振动, 2008 (10) :12-15.

[4]季韬.扁梁柱节点受力性能的研究[D].杭州:浙江大学土木工程系, 1999.

[5]林廷伟.无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板边节点抗震性能的研究[D].福州大学硕士学位论文, 2005.

谈水泥纤维外墙保温装饰一体板 篇6

关键词：水泥纤维装饰板,外墙保温材料,特点,应用

1 我国建筑节能减排现状

目前, 我国建筑能耗逐年上升, 在能效总消耗中的比例不断提高, 据统计所占比例已接近30%, 且全国每年新增建筑面积达17亿万m2左右, 若不控制, 建筑能耗只会越来越高。同时, 人类的活动使地球大气生态造成严重的伤害, “温室效应”恶果已凸显, 随着气候两极分化, 空调的使用变得更加频繁, 而各种建筑大面积的使用玻璃幕墙更促使建筑能耗居高不下。

国家已经把“节能减排”列入国家“十二五”规划纲要, 并成为中国的基本国策, 各级政府也纷纷出台相应的政策和规范标准来强制执行, 使绿色节能可持续发展。因此, 建筑外墙节能新技术正在全国各地紧锣密鼓的研发生产推广实施中。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展, 才能实现经济又快又好的发展, 建筑节能利国利民、福泽后代, 我们必须把建筑节能的重要性提升到一定的战略高度, 选择环保高效的建筑节能系统技术, 达到最好的节能效果是建筑节能的必然趋势。

2 现有主流建筑外墙保温系统的局限性

我国现有推行的外墙保温系统应用最多的标准是JG 149—2003膨胀聚苯板薄抹灰外墙保温系统和JG 158—2004胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统。前者大多在严寒地区、寒冷地区或夏热冬冷地区的建筑外墙保温工程中推广使用, 后者在我国夏热冬冷、夏热冬暖及气候温和地区的建筑外墙保温工程中推广使用。虽然两种节能系统在国外都是比较成熟的外墙保温系统, 但其各个工序都需要在工地现场施工完毕, 容易混入劣质保温材料、粘结剂和其他性能低下的安装辅料, 根本上无法保证整个系统的质量。因此, 这两种系统在工程应用过程中出现了一些令人担忧的状况。其次, 这两种系统受施工现场、环境等各种因素制约, 工序繁杂导致施工周期较长, 任何一个环节出现问题, 都将导致整个系统出现重大质量问题。在未做外墙面装饰时, 保温材料大面积裸露在外, 如果现场工人专业能力和安全意识不强, 将会导致施工过程中存在重大的安全隐患。原北京央视新大楼、上海胶州路教师公寓改造引起的严重火灾, 已经成为上述系统各种弊端引发的惨重教训。

3 新型水泥纤维外墙保温装饰一体板

在国家大力提倡保护环境、节约能源、关爱生命的前提下, 市场上一些具有前瞻性的生产企业结合自身产品的优势和特点, 参考国内外建筑行业对外墙保温装饰的要求和技术规范, 经过长时间的试制、检测、验证, 向市场推出集保温隔热、防火、防水和装饰为一体的绿色环保节能新型建材———外墙保温装饰一体化成品板。

这种材料使保温层的选择更加拓宽, 以保温装饰板为核心构造材料, 创新的四边卡托加粘结结构, 更加保证整个系统的安全性, 使建筑外墙更安全、更美观、更经济。

这种新型的保温装饰一体板系统由粘结层、保温装饰板、专用锚固连接件、防水透气塞、密封材料、密封胶相互结合组成, , 即即将独立板块大小的保温装饰板通过粘贴+锚固或干挂等方式, 装配固定于墙面上, 通过锚固连接件锁紧, 板间缝隙嵌实并密封, 于建筑墙体上形成装饰性完美、高强耐久性的装配式成品一体化, 从而实现建筑墙体系统节能保温、隔热、防火、装饰耐久的一体多重功效 (见图1) 。

这种材料主要由三部分组成, 由外向内依次为装饰层、水泥纤维基板、保温层。

1) 最外部是装饰层, 采用从欧洲引进的国际领先的氟碳UV光固化生产线和多彩氟碳涂料热固化生产线进行涂装。先进洁净的光固化涂装加工工艺, 提供了多样化的饰面效果, 最新数码科技技术, 最大限度拓宽用户的选择, 并且多彩多样的装饰层能充分展现设计人员的设计构想, 配合建筑本身, 体现出建筑独特的风格。并且装饰层摒弃了甲醛、二甲苯等有害物质, 对环境无污染。

2) 基板采用高密度水泥纤维压力板, 由进口原生木浆、无机硅酸盐、纤维、功能填料等多种优质无机原料经高温、高压制板、蒸汽养护、表面处理等工艺加工而成的新型人造板材, 不含石棉, 无放射性。经过专业机构检测其防火等级为A级。

3) 保温层可以根据建筑物所在地区, 并且根据用户自身需要选择各种保温材料及其厚度。保温层材料性能对比见表1。

4 材料特点

4.1 绿色环保

外墙保温装饰一体化板的装饰层采用多彩氟碳光固化技术进行涂装, 摒弃了甲醛、二甲苯等有害物质, 对环境无污染。基板采用高密度水泥纤维压力板, 这是一种由多种优质无机原料加工而成的新型人造板材, 不含石棉, 无放射性。

4.2 隔热环保

所有组成原料采用优质无机阻燃材料, 导热系数为0.035 W/ (m·K) ~0.041 W/ (m·K) , 保温隔热性能好;使用独特的断桥设计, 切断冷热桥, 有效降低热传导;内外温差大的地区节能效果尤为显著。

4.3 饰面丰富

先进的涂装加工工艺, 能够制作出多样化的饰面效果, 最大限度拓宽用户的选择, 并且多彩多样的装饰层能充分展现设计人员的设计构想, 配合建筑本身, 体现出建筑独特的风格。

4.4 安全稳固

独特托扣连接构件, 多重锚固设计, 特种基面粘结砂浆, 专用的密封结构胶, 强化了系统与建筑主体的连接, 抗风防震, 打造出与建筑基面结合更牢固的饰面系统。

4.5 经济节能

边角料、废料可循环利用, 有效降低了对不可再生自然资源的占用;系统寿命长, 性价比高, 自洁性强, 易于维护, 节约成本;出色的保温性能、独特的系统设计, 能因地制宜的降低建筑能量流失, 节能效果极佳。

4.6 防火绝燃

选用完全不燃, 阻燃的保温材料, 并分块设计了防火隔离带等辅助措施, 系统防火性能达到A级, 真正阻断火势, 让建筑立面免受火灾侵扰, 保证建筑及人员安全。

4.7 耐候持久

面板涂层、无机面板、保温材料均采用最高耐候标准, 交联接枝型氟碳UV, 耐腐蚀、抗冻融;能在严苛的气候环境中长时间保持饰面的原貌。

4.8 安装便捷

集防火、保温、防潮、防腐于一体, 一次施工即可实现对建筑物的保温和外立面装饰。该种材料在工厂批量生产后现场安装, 施工周期短, 排除现场施工制作的不安全性因素, 确保产品品质, 充分发挥产品性能特点及优势。

5 材料的应用范围

1) 可以应用于各类公共建筑、民用建筑, 包含多层, 小高层, 高层的建筑外墙。特别适用于各类旧楼墙面节能改造和立面效果改造项目。

2) 可以应用于全国冬季保温、夏季隔热的民用、商业、工业建筑, 以及既有建筑装饰节能改造的外墙外保温装饰工程。

3) 可以应用于基层墙体为钢筋混凝土墙和各种砌体墙。

参考文献

[1]吴淑环.水泥纤维板在外墙保温和装配式墙体中有广泛用途[A].第九届全国纤维水泥制品学术、标准、技术信息经验交流会暨中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会纤维水泥制品专业委员会三届一次会议、中国硅酸盐学会房屋建筑材料分会建筑结构与轻质板材专业委员会三届一次会议论文资料汇编[C].2014:1-4.

钢纤维-钢筋混凝土板 篇7

目前大空间或超大规模的工业与民用建筑日益增多, 同时地下空间的开发利用也已成为城市立体发展的重要补充手段, 地下空间具有相对封闭、与地上联系通道有限等特点。在这些规模大、人员密集或可燃物质较集中的建筑中, 火灾时建筑内的防烟、排烟是保证建筑内人员安全疏散的必要条件, 因此通风与空调工程中的防烟与排烟系统施工是保证建筑防火安全的重要功能部分。防烟与排烟系统中的管道必须采用不燃材料制作, 纤维增强硅酸盐 (防火) 板各项指标均符合不燃材料的规定, 燃烧性能达到GB8624的A级, 作为建筑材料亦符合相关国家标准的技术指标要求。近年来, 采用纤维增强硅酸盐防火板制作的防火风管被逐渐应用于通风与空调工程的防排烟系统中, 该类防火风管具有防火性能好, 耐火极限达到3 h, 使用寿命长等突出特点, 风管的沿程阻力、漏风量、耐压及变形量等指标均符合国家及行业相关标准。

江西中恒建设集团公司结合设计单位和防火板生产厂家, 组织技术人员积极开展技术创新, 不断总结, 积累经验, 最终形成“复合风管制作安装工艺”, 该工艺通过在工程中的大面积应用及实践检验, 使用效果良好, 风管制作快捷, 安装简便, 质量可靠, 施工技术先进, 有明显的社会效益和经济效益。

2 工艺特点

2.1 纤维增强硅酸盐 (防火) 板耐火风管属新材料、新技术, 本工艺采用内角钢龙骨固定, 硅酮阻燃密封胶嵌缝, 角钢法兰连接, 紧固件大量使用自钻自攻螺钉的制作工艺, 施工简便快捷, 质量可靠,

2.2 由于风管两端采用角钢法兰连接方式, 风管安装简便, 尤其大规格风管的吊点设置方便, 同时角钢法兰又起到了加固风管的作用, 风管吊装安全可靠, 各节风管连接牢靠, 拆装方便, 易于高处作业。

2.3 风管内侧边角采用内角钢龙骨, 在自钻自攻螺钉紧固过程中, 龙骨变形小, 质量易于控制, 施工速度快, 同时辅以硅酮阻燃密封胶嵌缝, 风管严密性好。

3 工艺原理

以已有标准图集做法为基础, 依据现行国家标准和行业标准, 总结风管成型、风管连接等风管制作安装技术的具体要求, 结合实践经验, 确定维增强硅酸盐 (防火) 板耐火风管的制作安装采用以角钢为四个边角的内角龙骨, 硅酮阻燃密封胶嵌缝, 角钢法兰连接, 龙骨、法兰与板材用自钻自攻螺钉紧固的制作安装工艺, 施工快捷, 质量可靠。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

4.2 操作要点

4.2.1 风管制作

(1) 根据设计要求, 结合现场实测数据绘制风管加工草图, 编制板材下料表, 风管规格以内边长为准。板材裁切之前必须进行下料复核, 复核无误后按划线形状进行裁切。

(2) 风管采用内法兰连接 (内法兰连接示意参见图4.2.1-1) 。风管法兰四边用角钢组焊而成, 风管法兰均刷防火漆两遍, 边板与法兰采用六角法兰面自钻自攻螺钉固定。施工中具体要求如下:

①划线下料时应注意焊成后的法兰内边长不能大于风管内边长。

②风管法兰的铆钉孔及螺栓孔孔距不得大于150 mm, 矩形法兰的四角部位应设有螺孔。

③为防止焊接变形, 钻孔后的型钢放在焊接平台上进行焊接, 焊接时用模具卡紧。

④紧固法兰与板材的自钻自攻螺钉的间距不大于200 mm。

⑤风管的法兰用料规格见表4.2.1-1。

(3) 风管内侧边角采用内角钢龙骨角连接 (内角龙骨示意参见图4.2.1-1) 。矩形风管内侧四个边角采用每段长度为50 mm的∟30×3等边角钢作为内角龙骨连接件, 每段连接件间距不大于600 mm, 龙骨与板材用2～3个ST4.8 mm自钻自攻螺钉紧固。

所有板缝处须用防火密封胶填塞密实、均匀, 不得漏风。

(4) 风管长边尺寸≤2400 mm, 标准管段长度为2440 mm, 采用整板长度制作, 其中当风管长边尺寸>1220 mm时, 长边板面需要拼接;风管长边尺寸>2400 mm, 标准管段长度为1220 mm, 采用整板宽度制作, 长边板面需要拼接。板材拼接 (板材拼接加固示意参见图5.2.1-3) 具体要求如下:

①风管板材的纵向拼接缝宜避开长边的中线位置, 相对板面的拼接缝宜错开, 同时采取加固措施。

②拼接缝采用80 mm长的L30×3等边角钢横向连接, 并用L25×3等边角钢内支撑点加固方式将相对角钢连接加固。

③L30×3等边角钢与风管板材用ST4.8 mm自钻自攻螺钉紧固, 支撑件纵横方向间距不大于950 mm。

④拼接板缝必须用防火密封胶填塞密实、均匀, 干后打磨光滑, 不得漏风。

(5) 纤维增强硅酸盐板风管的刚度等级高于金属风管, 且风管了采用法兰连接形式, 风管两端面的角钢法兰同时作为主支撑龙骨起加固作用。风管长边尺寸>3000 mm时, 风管采用管内支撑点加固方式进行加固 (内支撑加固示意参见图5.2.1-4) , 内支撑件为L25×3等边角钢。管内支撑与风管的固定应牢固, 各支撑点之间或与风管的边沿或法兰的间距应均匀, 加固间距同板材拼接加固相结合, 纵横方向间距不大于950 mm。

5.2.2 风管配件制作

风管配件的制作原则上同样采用角钢法兰连接和∟30×3等边角钢内龙骨固定, 硅酮阻燃密封胶嵌缝, 紧固件采用ST4.8自钻自攻螺钉, 非直角连接部位用δ0.6 mm 镀锌钢板制作符合使用角度要求的连接件, 采用ST4.8自钻自攻螺钉紧固。主要风管配件基本型式如下:

(1) 风管弯管制作优先采用内斜线外直角矩形弯管 (风管弯管示意参见图4.2.2-1) , 平面边长大于500 mm时, 必须设置弯管导流片;若采用内外直角矩形弯管, 必须设置弯管导流片。

(2) 风管三通一般采用整体式正三通和插管式三通两种形式。整体式正三通制作按三通尺寸直接裁板下料, 做法同单节风管制作。插管式三通支管与主管采用∟30×3等边角钢连接。风管三通示意参见图4.2.2-2。

(3) 风管变径管制作, 两端的非直角连接部位用δ0.6 mm 镀锌钢板制作符合变径管角度要求的连接件。风管变径管示意参见图4.2.2-3。

4.2.3 支吊架制作、安装

支吊架型式参照相关标准图集及技术规程结合工程实际计算确定, 其基本要求如下:

(1) 风管水平安装, 长边尺寸≤2400 mm, 吊杆间距不应大于2.44m;长边尺寸>2400 mm, 吊杆间距间距不应大于1.22m, 风管垂直安装, 间距不应大于2.5m。风管普通吊架示意参见图5.2.3-1。

(2) 吊架的型钢横担一般设置于靠近各节风管的连接部位。风管吊架的间距在弯管、三通等处应适当加强, 水平弯管在500 mm范围内应设置一个支架, 支管距干管1200 mm范围内应设置一个支架。

(3) 当水平悬吊的主、干风管超过20m时, 应设置防止摆动的固定支架, 每个系统不应少于一个。风管固定吊架示意参见图4.2.3-2。

4.2.4 风管系统安装

(1) 安装一般遵循先支吊架后风管, 先干管后支管的顺序。安装方法在保证安全可靠的前提下, 可根据施工现场的具体情况确定。

(2) 由于风管自重相对较大, 对于风管大边≤1500 mm的风管, 可以在地面上连成一定的长度然后采用整体吊装的方法就位, 一般可连接3～5节风管, 用升降机或倒链将风管抬吊到支吊架上。对于风管大边>1500 mm的风管, 为保证安全, 则要求单节吊装, 高处作业逐段连接。

(3) 多节风管连接, 整体吊装时, 风管应首先固定于型钢制作的吊装平台上, 倒链悬挂于通过膨胀螺栓固定在结构顶板的吊耳上, 制作专用吊装卡具与风管吊装平台连接牢固, 用倒链将风管抬吊到已安装就位的支吊架上;单节风管吊装时, 用升降机抬吊或使用专用卡具螺栓固定在风管两端的法兰上用倒链将风管抬吊到已安装就位的支吊架上。

(4) 风管与带法兰的设备、阀部件等连接时, 应注意部件的法兰尺寸与风管角钢法兰相匹配, 法兰四角应设螺栓孔, 法兰垫采用5 mm厚软橡塑垫。风管通过柔性短管与设备连接, 柔性短管的制作材料必须为不燃材料, 耐火性能与风管相匹配。设备自身必须具有独立的支吊体系, 不得将其自重或振动荷载由风管来承担。

4.2.5 系统检验

确保风管制作安装质量及系统功能性的关键是风管的强度和严密性。风管的拼接组合均采用ST4.8自钻自攻螺钉固定, 板缝之间满涂防火密封胶, 外形尺寸符合设计要求, 在施工过程中严格控制, 及时测量检查, 按系统进行风管的强度和严密性测试。

系统的验收严格执行GB50243-2002《通风与空调工程施工质量验收规范》相关条款。

5 质量控制

5.1 工程质量控制标准

纤维增强硅酸盐 (防火) 板耐火风管施工质量的验收执行现行国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》 (GB50243-2002) 相关条款的规定, 对施工质量的要求不得低于该规范的规定。

5.1.1 风管制作

(1) 风管板材 (纤维增强硅酸盐板) 标准规格为2440×1220×12 mm, 板材各项指标允许偏差见表5.1.1-1。

(2) 风管规格的验收, 以内边长为准。风管制作尺寸允许偏差见表5.1.1-2。

检查数量:按制作数量抽查10%, 不得少于5件。

检查方法:用尺量。

(3) 风管制作完毕, 按规范规定进行工艺性检测, 以保证风管的强度和严密性符合规定。

检查数量:按风管系统的类别抽查, 不得少于3 件及15m2。

检查方法:进行风管强度和漏风量测试。

5.1.2 风管安装

(1) 风管安装偏差执行规范规定:

①明装水平风管水平度偏差不得大于3 mm/m, 总偏差不得大于20 mm;

②明装垂直风管垂直度偏差不得大于2 mm/m, 总偏差不大得于20 mm;

③暗装风管位置应正确, 无明显偏差。

检查数量:按数量抽查10%, 但不得少于1 个系统。

检查方法:尺量、观察检查。

(2) 风管系统安装后, 执行规范规定进行严密性检验, 风管系统严密性检验以主、干管为主。

检查数量: 低压系统风管采用抽检, 抽检率为5%, 且不得少于1 个系统。在加工工艺得到保证的前提下, 采用漏光法检测。检测不合格时, 应按规定的抽检率做漏风量测试。中压系统风管的严密性检验, 应在漏光法检测合格后, 对系统漏风量测试进行抽检, 抽检率为20%, 且不得少于1 个系统。

检查方法:按规范规定进行严密性测试。

5.2 质量保证措施

(1) 所有板缝, 包括板材拼接缝、风管和法兰的连接缝等均采用防火密封胶填塞密实、均匀, 干后打磨光滑, 防止漏风;风管法兰的垫片不应凸入管内, 亦不宜突出法兰外;角钢龙骨、角钢法兰、型钢支撑件均按产品说明涂刷防火漆, 保证风管防火性。

(2) 风管施工前采用管线布置综合平衡技术, 对风管位置、标高、走向进行技术复核, 且符合设计要求。风管安装前应对其外观进行质量检查, 并清除其内外表面粉尘及管内杂物。安装中途停顿时, 应将风管端口封闭。风管安装时及安装后注意成品保护, 严禁攀登倚靠、严防碰撞。

(3) 按规范规定及时做好质量记录, 保证质量记录与工程同步。

钢纤维-钢筋混凝土板 篇8

为解决桥梁在横向连接缝处开裂的问题,本文提出采用PVA-ECC纤维混凝土连接板替代普通钢筋混凝土连接板或传统伸缩缝连接装置。 聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-ECC)以水泥、矿物掺合料和粒径不大于150μm的石英砂为基体,采用体积掺量不大于2%的PVA纤维作为增强材料[1,2],在直接拉伸试验中试件出现多裂缝开裂与应变硬化现象,且裂缝宽度低于100μm[3,4]。 PVA-ECC纤维混凝土桥面连接板能承受相邻桥梁板由于温度变化、混凝土干缩和荷载作用所引起的变形,可有效解决桥面板渗漏侵蚀问题,极大提高结构的耐久性[5]。

本文通过静力加载试验,对比分析了普通钢筋混凝土连接板和PVA-ECC纤维混凝土连接板在正常使用过程中的抗裂和抗渗性能, 可为PVA-ECC纤维混凝土连接板在桥梁中的应用提供依据。

1试验材料与配合比

1.1纤维

本试验采用聚乙烯醇(PVA)纤维,俗称维纶,该纤维与其它合成纤维的物理性能参数对比见表1。 PVA纤维亲水 、无毒 、环保 ,成本相对较低 , 是制作ECC的理想选择[6]。 试验采用日本产型号为REC15的PVA纤维 , 长度18mm, 密度1.3g/cm3, 直径39μm,抗拉强度1600MPa,弹性模量42GPa,表面经油膜工艺处理,吸水率较低。

1.2配合比

普通钢筋混凝土连接板采用天津某公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥, 细度模数3.0~2.3的天然河砂,粒径10~20mm的石子,饮用自来水。混凝土设计强度等级C30,28d抗压强度平均值38.9MPa, 具体配合比见表2。

kg/m3

PVA-ECC纤维混凝土连接板采用天津某公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥,天津某电厂Ⅰ级粉煤灰,粒径75~147μm的石英砂,减水率约为18% 的聚羧酸系减水剂,饮用自来水。 混凝土设计强度等级C30,28d抗压强度平均值38.4MPa, 具体配合比见表3。

kg/m3

1.3H型钢

采用由马钢集团生产的Q345H型钢, 尺寸为300mm×10mm×15mm。 在靠近支座截面处设置加劲肋来防止梁端扭转。 为保证桥面板和钢梁不产生滑移,在钢梁的上翼缘焊接两排抗剪铆钉,加工好的钢梁如图1所示。

1.4钢筋

采用马钢集团生产的直径10mm的HRB400纵向受力钢筋和直径为6mm的HPB235横向分布钢筋,绑扎好的钢筋如图2所示。

2试验过程

本试验在河北工业大学结构实验室完成,连接板在正常使用过程中控制点为:跨中集中荷载达到450k N, 挠度达到5mm。 试验加载示意图如图3所示,试验过程如图4和图5所示。

3试验结果与分析

3.1最大裂缝宽度对比

对于普通钢筋混凝土连接板, 荷载达到80k N时连接板 跨中位置 出现第一 条裂缝 , 当荷载为250k N时,最大裂缝宽度为0.1mm。 荷载达到450k N( 控制荷载 ) 时 , 最大裂缝 宽度为0.21mm。 荷载为550k N时,裂缝宽度甚至达到了0.3mm,见图6。

PVA-ECC纤维混凝土连接板开裂荷载为200k N,是普通钢筋混凝土连接板的2.5倍。 荷载为280k N时最大裂缝宽度0.01mm, 随着荷载的增加裂缝宽度增长相对较慢,直到荷载为460k N时最大裂缝宽度才达到0.1mm,当荷载达到560k N时,最大裂缝宽度仅为0.13mm,见图7。

3.2裂缝间距对比

对于普通钢筋混凝土连接板, 裂缝间距最大94mm, 最小56mm, 平均裂缝间距为76.8mm。 而PVA-ECC纤维混凝土连接板裂缝间距最大63mm, 最小9mm,平均裂缝间距为22.6mm,前者平均裂缝间距为后者的3.4倍。 普通钢筋混凝土连接板在一条主裂缝处充分发展后才于其它截面发展新裂缝, 因此,其裂缝间距相对较大,PVA-ECC纤维混凝土连接板的混凝土开裂后,拉应力由纤维、未开裂混凝土和钢筋共同承担,而纤维的抗拉能力远大于混凝土的抗拉能力,从而阻止裂缝的发展,导致新裂缝产生。

3.3荷载-应变曲线对比

普通钢筋混凝土连接板跨中位置纵向受力钢筋最大拉应力286MPa, 最小拉应力173.6 MPa,拉应力平均值为241.2MPa。 PVA-ECC纤维混凝土连接板构件跨中位置纵向受力钢筋最大拉应力200.8 MPa, 最小拉应力131MPa, 拉应力平均值为173.5 MPa, 普通钢筋混凝土连接板钢筋拉应力平均值是PVA-ECC纤维混凝土连接板的1.4倍。

相同荷载作用下,普通钢筋混凝土连接板的混凝土应变比PVA-ECC纤维混凝土连接板的混凝土应变大,但钢筋应变却较小,即普通钢筋混凝土连接板开裂严重,钢筋受到的拉应力较大,如图8、图9所示。 PVA-ECC纤维混凝土连接板开裂轻微 ,钢筋受到的拉应力较小, 说明PVA-ECC纤维混凝土连接板抗裂性能好于普通钢筋混凝土连接板的抗裂性能,从而可以有效延长桥梁的使用寿命。

4结论

(1)普通钢筋混凝土连接板最大裂缝宽度大于PVA -ECC纤维混凝 土连接板 , 达到控制 荷载 (450k N)时 ,普通钢筋混凝土连接板最大裂缝宽度为0.21mm, 而PVA-ECC纤维混凝土连接板最大裂缝宽度小于0.1mm。

(2) PVA-ECC纤维混凝土连接板开裂荷载是普通钢筋混凝土连接板的2.5倍; 普通钢筋混凝土连接板裂缝间距大, 平均裂缝间距为PVA-ECC纤维混凝土连接板的3.4倍。

钢纤维-钢筋混凝土板 篇9

断裂力学作为在20世纪70年代才逐渐发展起来的学科, 尽管出现较晚, 但由于与实际材料和结构安全性息息相关, 在其理论已有了长足的发展。断裂力学可分为断裂静力学和断裂动力学。其中, 断裂动力学由于出现较晚, 其理论还不算很完善[1];而在断裂静力学中又分为线弹性断裂力学与弹塑性断裂力学, 在分析线弹性材料时, 线弹性断裂力学的研究方法不仅简单易行而且有较高的精度[2]。故本文以断裂静力学中的线弹性断裂力学为基础, 对预应力CFRP板加固钢结构的高周疲劳剩余寿命进行研究。

由于结构在使用的过程中, 所承受的荷载随着时间变化而呈周期性或非周期性的改变, 这种所施加在结构上的、变化着的荷载称为交变载荷, 现今许多机械设备都是在承受这种交变载荷的情况下进行正常工作的。疲劳失效的行为过程较为繁琐, 依照其发展过程, 疲劳可大致分为以下三步[3]: (1) 裂纹出现阶段; (2) 裂纹平稳扩张阶段; (3) 失稳扩展直至破坏阶段。

本文研究高周疲劳下的剩余寿命, 忽略裂纹迅速扩张的第三阶段, 则可以得到前两阶段的寿命表达式:

式中, Ntotal为结构材料总寿命;Ninitiation为加固前初始的循环次数;Npropagation为剩余疲劳寿命。

1 加固前梁损伤量的估算

文中所提及的由CFRP板所加固的钢梁是受到长时间疲劳荷载后, 内部存在一定疲劳损伤的试件, 其加固时刻的已损伤量的计算是对其加固剩余疲劳寿命计算非常重要的一个组成成分。试件所受到的疲劳荷载为高周疲劳荷载, 因此, 可以使用线弹性断裂力学理论对其裂纹进行计算[4]。

已知所加固的钢梁寿命由两部分组成, 第一部分是加固前已经损伤的量n1, 这一部分量需要在加固前用一定的定损试验进行测量, 然后再运用所得数据进行估算;第二部分是加固后的剩余疲劳寿命, 这一部分通过断裂力学的方法进行估算。本节对已损伤的量n1进行估算。

在对所加固钢梁的定损试验中, 假定对试验中未加固的损伤钢梁做荷载为P, 作用点距支座距离为a的三分点梁式加载, 并在纯弯段钢梁下翼缘粘贴电阻应变片, 可得荷载工况下跨中纯弯段下翼缘测点的钢梁翼缘受弯应变。则可由GB50017-2003《钢结构设计规范》中得到对应型钢相应下翼缘应力计算式和它所对应的塑性发展系数γ值:

又对试验下翼缘应变进行测量, 并根据材料力学[5]的公式对此时试件的刚度进行计算。因在高周疲劳荷载下材料仍未进入塑性范围, 本文取钢材本构关系为双折线理想弹塑性模型, 可得:

为了便于后文中研究材料的损伤, 引入损伤变量D进行研究[11]:

式中, A1为有效截面面积;E1为有效弹性模量;A为初始面积;E0为初始弹性模量。

自相关规范可以取得对应的钢材在未受任何损伤时的初始弹性模量E0。规范中对钢结构疲劳寿命的计算是基于Miner线性损伤累积准则和材料的S-N曲线进行计算的。此方法的计算方法及理论简单, 对裂纹的萌生阶段计算误差较小[6]。而本文中所估算的高周疲劳试件, 在钢梁损伤的初始阶段, 运用规范推荐的方法计算疲劳损伤, 其误差量较小。将式 (3) 和查得的初始弹性模量代入式 (4) 可以得到加固时的钢梁损伤度D。取文献[7]所得到的应力-疲劳寿命曲线, 如图1。

图中, N为常幅疲劳应力循环次数;σa是疲劳荷载应力幅, 假设此前受到的应力为常幅疲劳应力, 取得此时等效应力幅进行定损。假设受到σa=200 MPa常幅疲劳作用, 由曲线式可得循环次数Nf=106.05次, 其n1=DNf, 即在常幅疲劳荷载200 MPa情况下钢结构受到应力循环DNf次为损伤钢梁加固前的状态。

由于在加固时的钢梁内部已存在一定的损伤量, 且应力幅和最大、最小应力在加固后都有所改变, 同时还存在着CFRP板加固对疲劳寿命的影响, 因此, 这时使用材料的S-N曲线对钢梁进行剩余疲劳寿命进行计算是不合理的, 本文使用线弹性断裂力学的裂纹扩展理论对其剩余疲劳寿命进行计算。

首先计算出加固时的内部裂纹长度a, 假定破坏前试件受到的疲劳荷载为高周疲劳荷载作用。裂纹扩展速度用da/d N表示, 其中da是裂纹扩展的微增量, d N是疲劳荷载循环的微增量。对于裂纹稳定扩展的中心区, Paris公式表示为:

式中, C、t为已知的材料常数;K为裂纹尖端应力强度因子 (应力强度因子) , 表示裂纹尖端应力场强弱的物理量;△K则是应力强度因子差值, 则上式为da/d N关于△K幂指方程方程。由于初始时钢结构试件是无损伤试件, 因此, 对此方程积分可以得到下式:

对于本试件的应力强度因子, 为:

式中, σ为对应位置的应力幅;Paris认为Y是关于试件形状、材料等固有状态的量。此计算是对于裂纹稳定开展阶段, 为了便于计算在加固前应假设裂纹萌生阶段以a0=1为起点以。将 (7) 式代入 (6) 式可得如下式:

上式中加固前裂纹稳定扩展阶段的循环次数N如下式:

式中, an为裂纹失稳破坏时的裂纹宽度, 由文献[4]可得, 失稳破坏时的裂纹宽度在100 mm左右, 则可以得到加固前钢梁试件的裂纹宽度, 以便进行剩余疲劳寿命的计算。

2 加固梁剩余疲劳寿命的计算

对于裂纹稳定开展阶段的Paris公式中ΔK, Elber[8]认为只有在应力水平大于某个量时, 裂缝才会张开, 这个量被称为张开应力, 记做σop。卸载时应力小于某个量则裂缝闭合, 记闭合应力为σop1。Elber还认为闭合应力与张开应力基本相同, 得到只有σmax-σop的部分对裂纹的张开有所贡献, 记为有效应力幅Δσe:

由应力强度因子定义式 (7) 可得:

对于Paris公式, Veer[9]提出用有效强度因子幅值ΔKe代替ΔK对paris进行修正, 即得到Paris公式为:

现定义有效强度因子比U、有效应力比q为:

设B为应力强度因子比值, 记:

将 (14) 、 (15) 式代入U定义式 (13) 中可以得到:

且得到修正后的Paris式子为:

由文献[10]提出的经验公式如下:

现可将 (18) 式代入 (16) 式当中, 得到U关于变量B的关系式U (B) 如下:

非预应力加固时, 应力与应力比变化很小, 几乎可忽略不计。本节只对非预应力加固进行讨论, 则讨论中假设加固前后的B值不变。综上所述, 可得到修正后的Paris式如下:

将应力强度因子定义式 (7) 式代入 (20) 可得到:

可以设关于B, Y, Δσ的变量R如下:

则简化的修正后Paris式如下:

取倒数然后积分可得到剩余疲劳寿命表达式可记为:

式中, a2为破坏时的裂纹的长度;a1为前文计算出的加固时的裂纹长度;材料常数C、t由文献[4]可以分别取值1.547×10-12和2.6。

因为Paris公式适用于裂纹中心稳定发展的钢材, 因此, 加固前可运用式 (9) 进行损伤量估算, 得到加固前的疲劳循环次数。因而, 对于已加固的损伤钢梁, 可综合运用式 (9) 与式 (24) , 依据Miner线性疲劳累积准则, 相加计算试件的疲劳寿命值。在应力强度因子计算式 (7) 中存在一变量Y, 此变量值与钢梁试件的尺寸、应力幅、以及试件是否加固等相关。现由文献[4]得到试验数据对变量Y进行拟合, 由于所取钢梁型号一样, 则取应力幅和是否加固为变量对函数Y进行计算。文献中的试件设计如表1所示。

取文献[4]中7组数据进行拟合。拟合过程中, 选则matlab软件中的Gaussian (高斯函数) 进行数据的拟合。可以得到加固前钢梁的拟合函数图如图2所示 (X轴为应力幅Δσ;Y轴为函数Y值) 。

加固前数据所拟合的函数Y (Δσ) 为下式:

用CFRP板加固后的钢梁剩余疲劳寿命的计算式中的函数Y (Δσ) 拟合的函数图如图3所示 (X轴为应力幅Δσ;Y轴为函数Y值) 。

加固后数据同加固前数据拟合一样, 用matlab软件中的Gaussian函数进行拟合, 并拟合出的具有95%保证率的函数Y (Δσ) 为下式:

上式计算出的钢梁寿命与文献[4]中另外11组数据进行对比如表2所示。

3 数据分析

将表2中的试验疲劳寿命值除以计算寿命值, 可得到计算误差 (见图4) 。

1) 由表2中数据可得, CFRP板加固后的钢梁疲劳寿命明显增加, 且应力幅越小, 疲劳寿命增量越大。

2) 由表2可得, 在大部分的计算疲劳寿命与试验疲劳寿命比较中发现, 计算值比试验值偏小, 这是由于在计算的过程中以钢梁内部存在1 mm起始微观裂纹进行计算, 因此寿命会比试验值稍少。由图4可见, 计算值的相对误差很小, 本文的计算理论与试验值非常接近。

摘要：对将要加固的钢梁剩余疲劳寿命进行计算, 以线弹性断裂力学为基础, 对在役钢梁已使用寿命, 和对其加固后的剩余寿命计算式进行推导;并使用相关数据进行拟合和对比。结果表明, 计算公式与试验结果拟合度较好, 可作为碳纤维板加固钢结构剩余疲劳寿命的有效计算式。

关键词：碳纤维板,加固,剩余寿命

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