碳纤维加固技术.ppt

个人基本信息,*,个人基本信息,本作品采用,知识共享署名,-,非商业性使用,2.5,中国大陆许可协议,进行许可。,专业交流,模板超市,设计服务,NordriDesign,中国专业,PowerPoint,媒体设计与开发,本作品的提供是以适用知识共享组织的公共许可（简称“,CCPL”,或“许可”）条款为前提的。本作品受著作权法以及其他相关法律的保护。对本作品的使用不得超越本许可授权的范围。,如您行使本许可授予的使用本作品的权利，就表明您接受并同意遵守本许可的条款。在您接受这些条款和规定的前提下，许可人授予您本许可所包括的权利。,查看全部,碳纤维加固技术,碳纤维布加固技术,背景知识,工程材料的进步及新材料的出现历来是土木结构工程发展的先驱和动力。,自,1997,年国内第一个,碳纤维,加固混凝土梁的试验以来，,FRP,材料,应用技术在我国迅速发展，,2003,年正式出台了中国工程建设标准化协会标准,碳纤维片材加固混凝土结构技术规程,，外贴,FRP,片材加固技术已经成为钢筋混凝土结构加固的主要方法之一。作为传统建材的一个重要补充，,FPR,具有巨大的发展潜力。,碳纤维的主要组成成分,碳纤维的主要组成成分,碳纤维复合材料通常由纤维和基体组成。加固混凝土结构用的纤维材料目前主要有三种：玻璃纤维,(GFRP),、碳纤维,(CFRP),和芳纶纤维,(AFPR),。,普通碳纤维是以聚丙烯腈,(PAN),或中间相沥青,(MPP),纤维为原料经高温碳化制成，碳化程度决定着诸如弹性模量、密度与导电性等性能。碳纤维长丝直径通常在,58,微米之间，并合成含,3000,18000,根的长丝束。加固混凝土构件所用的碳纤维布是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。,碳纤维的力学性能,表,1,碳纤维的主要力学性能要求,性能,CFRP板,CFRP布,抗拉强度（,MPa）,2000,3000,弹性模量（,GPa）,140,210,伸长率（,%）,1.4,1.4,粘贴高强度复合纤维加固法的构造原理及应用,粘贴高强度复合纤维加固法是将高强度复合纤维布直接粘贴在被加固混凝土结构的薄弱部分，与被加固结构形成整体，共同受力，以限制裂缝的发展，提高结构的承载力。后粘贴的的高强度复合纤维可以限制裂缝的开展，提高梁的抗弯和抗剪承载力。,碳纤维布,碳纤维布,3k,碳纤维布 斜纹,200,克,/,平米,碳纤维板,底层涂料,(,底涂胶,),在处理好的混凝土表面上，涂一层很薄的底层胶，,目的是使其,浸入混凝土,层,，,强化混凝土表面强度，改进胶结性能，提高,混凝土与碳纤维布之间的粘接性,能,。,要求：,1.,很低的粘度，使其能渗入混凝土内部。,2.,与混凝土有良好的粘结性能，有利于纤维布的粘贴。,浸渍树脂,(,粘贴主胶,),浸渍树脂,是,粘结材料,的主体,，它连接底胶与碳纤维布。它的,作用是,将碳纤维布粘附于混凝土表面，经过碾压，使浸渍树脂很容易浸透碳纤维布，,与混凝土,形成一个整体，共同抵抗外力作用。,要求：,1.,良好的渗透性,，,利于浸透碳纤维布,.,2.,一定的初粘力，防止粘贴的碳纤维布塌落形成空洞或空隙。,3.,胶粘剂与碳纤维的相容性和粘接力必须极好，才能满足碳纤维布和混凝土形成预定的复合材料。,防护材料,(,罩面胶,),主要,目的：,1.,保护碳纤维布,，防止粘贴层的老化。,2.,美化施工表明。,基本要求：,1.,不脱层、不掉落，能长期在冷热干湿的空气中,保持,稳定,。,2.,防止,紫外线,对粘贴层的,直接照射。,它,的选择范围较大，丙烯酸体系、聚氨脂体系、不饱和聚酯体系、有机硅、有机氟体系等都适合。,实际工作中，纤维布厂商会提供相应的系列粘结材料，设计者很少自行选择。,适合加固的桥梁类型,可用于混凝土梁、桥板的,抗弯、抗剪,加固；对于配筋率较低或钢筋锈蚀严重的旧桥，加固效果有位显著。还适用于混凝土墩柱的抗剪抗压（变心受压）补强，抗震延性补强及地震破坏后的修复等。,适合加固的桥梁类型,表,2 CFRP,片材对于各种加固类型的适应性,CFRP片材,加固类型,CFRP板,CFRP织物,桥梁加固,抗弯,最佳适用,适用,抗剪,适用,最佳适用,板梁加固,抗弯,最佳适用,适用,抗剪,墩柱加固,抗剪,适用,最佳适用,抗偏压,适用,最佳适用,抗震,适用,薄壁板,抗弯,最佳适用,适用,抗剪,最佳适用,抗震,适用,适用,加固受力特点分析,(1),与传统的其他加固方法相比，采用碳纤维布加固旧桥能最小程度地改变原有结构的应力分布，保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。,(2),将抗拉性能优良的碳纤维布用粘结材料粘贴到梁体底面或箱梁内壁上，使其与原结构一起参与受力，即碳纤维布可以与原结构内布置的钢筋一道共同承受拉力，以提高旧桥的承载能力。,加固受力特点分析,(3),沿桥梁的主拉应力方向,(,或与裂缝正交方向,),粘贴碳纤维布，两端分别设置锚固端，据此可约束混凝土表面裂缝，防止裂缝再扩展，从而达到提高构件抗弯刚度、减少构件挠度、改善梁体受力状态的目的。,(4),目前可用于旧桥结构加固用的碳纤维布有,单向碳纤维布、单向碳纤维交织布、双向碳纤维交织布,及,单向碳纤维层压材料,等，可根据不同的结构部位和受力特性与方向等选择相应的碳纤维布进行加固。,加固受力特点分析,(5),碳纤维布加固混凝土构件，在,提高其受弯承载力,的同时还可能,影响受弯构件的破坏形态,。当碳纤维布用量过多时，构件的破坏形态将由碳纤维被拉断引起的破坏转变为混凝土被突然压碎破坏。与此同时，由于碳纤维为完全弹性的材料，它与钢筋的共同工作会减弱钢筋塑性性能对构件延性的影响。碳纤维布用量过多，构件延性将有所降低。因此，碳纤维布用于钢筋混凝土梁式桥的加固补强时，应根据实际情况合理使用。,(6),由于碳纤维布加固后在最后破坏时的突然性,(,拉断或剥离等脆性破坏,),，其承载力极限状态不能按普通钢筋混凝土的定义，一般应按碳纤维抗拉强度的,2,3,进行抗弯承载力计算。,抗弯加固构造要求,1,、,粘贴多条,CFRP,片材时，,应尽量并列布置,CFRP,片材条带，条件,不,允许时可重叠粘贴。当重叠粘贴,CFRP,片材条带时，对于,CFRP,板,不宜超过,3,层,，对于,CFRP,布或织物不宜超过,5,层；,2,、,尽量,避免,CFRP,片材间的搭接,。必须搭接时，,CFRP,片材纤维受力方向搭接长度应不小于,100mm,。当平行布置多条或多层,CFRP,片材加固时，各条或各层,CFRP,片材的搭接位置应相互错开；,抗弯加固构造要求,3,、,CFRP,片材端部宜采取,可靠的锚固措施,；,4,、,当在梁、板的正弯矩区粘贴,CFRP,片材加固时，对于,跨径,20m,以内,，宜将,CFRP,片材末端延伸至支座边缘。,跨径大于,20m,时,，,CFRP,片材截断位置应满足锚固长度的要求：,CFRP,片材充分利用截面（即计算控制界面）至,CFRP,片材末端的距离应小于,l,d,，且,CFRP,末端至不需要,CFRP,片材加固界面的距离不应小于,200mm,，,CFRP,片材截断位置示意图,如下,。,抗弯加固构造要求,抗弯加固构造要求,5,、,对于,T,形或箱形连续梁，可在翼板（顶板）底面粘贴,CFRP,片材进行负弯矩区的加固；此时,CFRP,片材应紧靠梁肋粘贴，其粘贴范围宜在,4,倍翼板厚度以内；,6,、,当,CFRP,用于侧面粘贴时，粘贴区域宜在距受拉边缘,1/4,梁高范围内；,7,、,板的抗弯加固时，,CFRP,片材宜采用多条密布方案，条带宽度对于,CFRP,板，建议在,100-200mm,之间,，对于,CFRP,布或织物，建议在,150-300mm,之间,，且宜均布粘贴于板宽内。,抗剪加固构造要求,1,、,在截面上的转弯处粘贴,CFRP,片材时，转角的最小半径应不小于,30mm,；,2,、,抗剪加固最好采用封闭粘贴或,U,形粘贴，条件不允许时也可采用侧面粘贴，且宜设置端部锚固措施；,3,、,当采用,CFRP,片材条带间隔粘贴时，其净间距,W,cf,不应大于现行公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（,JTJ023-85,）规定的最大鼓劲间距的,0.7,倍；,4,、,为提供水分散发的路径，不提倡,CFRP,片材的大面积粘贴。,碳纤维布加固旧桥的特点,1,、,不增加恒载及断面尺寸,碳纤维布的自重仅为,200,300g,m2,，设计厚度为,0,111,0,167mm,，加上粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微，可忽略不计。同时，碳纤维布可以多层粘贴。根据补强的要求，碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴，充分满足补强的要求。这一优点更是传统补强方式所难以比拟的。,碳纤维布加固旧桥的特点,2,、,可适应不同构件形状，成型很方便,斜、弯、坡及异型结构的补强，采用传统的方法，施工难度极大，采用碳纤维布补强法，因碳纤维布具有随形性极强的特点，可以随结构外形变化任意施工，从而,降低施工难度，减少施工成本，缩短施工工期,，能产生巨大的社会效益及经济效益。,碳纤维布加固旧桥的特点,3,、,施工简便,特别是当箱梁内部的作业空间受到限制时，碳纤维布加固方法是可选择的一种方法。该法工艺简便，无需大型设备、模板、夹具及支撑，操作起来简单易行，因而施工时所需工作面小，在作业空间受限制时，该优点是其他加固方法所无法比拟的。,碳纤维布加固旧桥的特点,4,、,采用碳纤维布加固补强，对原结构不产生新的损伤,碳纤维布加固补强系采用环氧树脂系列的粘结材料进行粘贴，不需要设置锚固螺栓及开凿混凝土等，因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏，更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力索发生冲突而引起新的问题。,碳纤维布加固旧桥的特点,5,、,能有效地封闭混凝土的裂缝,碳纤维布,(,片,),粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。,碳纤维布加固旧桥的特点,6,、,碳纤维布,(,片,),具有优良的耐化学腐蚀性,碳纤维布,(,片,),是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性，并且具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长。因而碳纤维布加固法，在不利环境下较其他方法更显出其优越性。,碳纤维布加固旧桥的特点,7,、,不影响结构的外观,碳纤维布,(,片,),的厚度很薄，粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料，而不影响结构的外观。,加固施工工序,粘贴,CFRP,片材加固的一般施工工艺流程为：,构件表面处理,涂刷底层树脂,找平修补,粘贴,CFRP,贴片,表面防护,加固施工工序,一、,构件表面处理,1,、,清楚构件表面的,剥落、疏松、蜂窝、腐蚀,等劣化混凝土，对大面积的劣质层，在剔除后应用,聚合物水泥砂浆,进行修复；,2,、,检查外露钢筋是否锈蚀，如有锈蚀应进行除锈处理；,对于裂缝部位，应先进行灌浆或封闭处理；,3,、,用混凝土角磨机、砂轮（砂纸）等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，直至完全露出新鲜面。构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平。转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，半径不得小于,20mm,；,4,、,用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。,加固施工工序,二、,涂刷底层树脂,1,、,按产品供应商提供的工艺要求配底层树脂,2,、,用滚筒刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过,0.4mm,，并不得漏刷或有流淌、气泡。等胶化话后再进行下一步工序，固化时间视具体情况而定，一般不小于,2h,。,加固施工工序,三、,找平修补,1,、,按产品供应商提供的工艺要求配制找平材料；,2,、,混凝土表面的凹陷部位应用刮刀嵌刮找平材料修补填平，模板街头等出现高度差的部位应用找平材料填补，尽量减少高差；,3,、,转角的处理，应用找平材料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于,10mm,；,4,、,找平材料固化后，才能进行下一步工序，固化时间视具体情况而定，一般不小于,2h,。,加固施工工序,四、,粘贴,CFRP,片材,粘贴,CFRP,板和,CFRP,布或织物的工艺有所不同，故,在后面,分开介绍。,五、,表面防护,涂刷表面防护涂料，防止紫外线造成,CFRP,老化。,加固施工工序,CFRP,布或织物的粘贴步骤：,1,、,按设计要求的尺寸裁剪,CFRP,布；,2,、,按,产品,应商提供的工艺要求配置浸渍树脂，然后用滚筒刷将浸渍树脂均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些；,3,、,将,CFRP,布贴到涂抹有浸渍树脂的构件表面上，然后用专用滚筒在,CFRP,布表面沿同一方向反复滚压至树脂渗出,CFRP,布外表面，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透,CFRP,布；,4,、,多层粘贴应重复以上步骤，且应在,CFRP,布表面，手指触感干燥后立即进行下一层,CFRP,布的粘贴,；,5,、,在最外面一层,CFRP,布的外表面均匀涂抹浸渍树脂。,加固施工工序,CFRP,板的粘贴步骤：,1,、,设计要求的尺寸裁剪,CFRP,板；,2,、,产品供应商提供的工艺要求配置浸渍树脂；,3,、,将,CFRP,板表面的粉尘、油污等擦拭干净。如需粘贴两层时，对底层的,CFRP,板两面均应擦拭干净；,4,、,擦拭干净,CFRP,后，立即涂刷粘结树脂，树脂应呈起伏状，平均厚度不小于,2mm,；,加固施工工序,5,、,将涂有粘结树脂的,CFRP,板轻压粘贴到构件上，用专用滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，确保粘结密实,不,空洞。当平行粘结多条,CFRP,板时，两相邻板条间隙应不小于,5mm,；,6,、,粘贴两层,CFRP,板时，应连续粘贴。如不能立即粘贴，再开始粘贴前应对,CFRP,板重新擦拭干净。,加固质量检测,CFRP,片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压,CFRP,片材表面的方法来检查，总有效粘结面积不低于,95%,。当,CFRP,片材的空,鼓,面积小于,10000mm,2,时，可采用用针管注胶方式进行补救，当空鼓面积大于,10000mm,2,时，宜将空鼓处的,CFRP,片材切除，重新搭接贴上等量的,CFRP,片材，搭接长度应不小于,100mm,。,粘贴碳纤维布加固板,粘贴碳纤维布加固板,实例分析,京沈高速某立交桥加固工程,加固原因：桥面层厚度增加，荷载增大，原设计配筋不足。,加固方案：桥板及箱梁底粘贴碳纤维布抗弯加固。,实例分析,沪宁高速陆慕大桥维修加固工程,加固原因：改扩建，荷载增大，原结构耐久性损伤。,加固方案：箱梁灌缝、粘贴碳纤维布抗弯加固耐久性涂装。,实例分析,沪宁高速陆慕大桥维修加固工程,加固原因：改扩建，荷载增大，原结构耐久性损伤。,加固方案：箱梁灌缝、粘贴碳纤维布抗弯加固耐久性涂装。,谢谢观赏,谢谢观赏,