粘贴纤维复合材料加固技术与管理、质量控制.ppt
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1、粘贴纤维复合材料加固技术 与管理、质量控制,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,张 锡 祥 重庆交通大学复合材料桥梁研究所 二 九 年 九 月,重庆交通大学 ,目 录,1. 粘贴纤维复合材料加固基础知识 2. 粘贴纤维复合材料加固设计要求 3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术 4. 粘贴纤维复合材料加固工程管理 5. 粘贴纤维复合材料加固质量控制 6. 思考题,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,1. 粘贴纤维复合材料加固基础知识,1.1 粘贴纤维复合材料加固的常用纤维类别,(1)碳纤维(Carbon fiber):承重结构加固用的碳纤维,必须选用聚丙烯腈基(PAN基)12k或12k以下
2、的小丝束纤维,严禁使用大丝束纤维。 (2)玻璃纤维(Glass fiber):承重结构加固用的玻璃纤维,必须选用高强度的S玻璃纤维或含碱量低于0.8的E玻璃纤维,严禁使用A玻璃纤维或C玻璃纤维。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,1.2 粘贴纤维复合材料加固的常用纤维制品形式,(1)纤维布(Fiber Woven):由纤维纱(单纱、合股纱或无捻粗砂)按一定纤维方向排列编织制成的纤维织物。可铺敷性及与被加固结构表面的密贴性好,不采用张紧粘贴等预应力措施粘贴存在应变滞后现象。适用于各种平面、曲面结构形式的混凝土结构加固。 (2)纤维板(Fiber laminate):由两层或两层以上
3、纤维或纤维布按一定纤维方向及铺层方式浸胶层合构成的整体板材。自身结构整体性好,粘贴后参与共同受力快,应变滞后不太明显。主要适用于混凝土梁、板、柱等平面形式结构加固和粘贴多层纤维布施工不宜实施的结构加固。,1. 粘贴纤维复合材料加固基础知识,1.3 粘贴纤维复合材料加固的基本原理,(1)纤维布或纤维板经配套的粘接胶粘贴于被加固的混凝土结构表面上,固化后能与被加固结构形成共同工作、变形协调的结构整体,分担结构的二期恒载与活载,实现被加固结构各组成材料的应力、应变重分配,提高被加固结构的承载能力、抗振能力和结构延性及耐久性。 (2)粘贴纤维复合材料加固,通过被加固结构与纤维复合材料粘贴面的粘接胶固化
4、后提供的胶层界面抗拉、抗剪能力实现结构整体性。因粘接胶为环氧树脂类高分子聚合物材料改性制成,环氧树脂的环氧基和烃基与混凝土材料具有分子间的吸引力,加上足够的粘贴面积能提供高于界面剥离力的抗力,故能保证其结构整体性和不先于被加固结构破坏。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,1.4 粘贴纤维复合材料加固的基本原则,(1)混凝土结构或构件粘贴纤维复合材料加固后的承载力,由原结构的受拉钢筋和混凝土强度控制,而不是纤维复合材料的强度控制。 (2)粘贴纤维复合材料加固,不适用于提高混凝土结构刚度的加固。 (3)粘贴纤维复合材料加固,纤维方向尽量与被加固混凝土结构的主应力方向一致。,2. 粘贴
5、纤维复合材料加固设计要求,2.1 技术标准,(1)中华人民共和国国家标准混凝土结构加固设计规范(GB 503672006); (2)中华人民共和国行业推荐性标准公路桥梁加固设计规范(JTG/T J222008); (3)中华人民共和国行业推荐性标准公路桥梁加固施工技术规范(JTG/T J232008); (4)重庆市工程建设标准混凝土结构加固工程施工及验收规程(DBJ500492006)。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,2.2 一般规定,(1)粘贴纤维复合材料加固方法,适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固。 (2)粘贴纤维复合材料加固方法,不适用于素混凝
6、土构件,包括纵向受力钢筋配筋率低于规范规定的最小配筋率的构件加固。 (3)被加固混凝土结构构件,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘接强度不得低于1.5MPa。 (4)外贴纤维复合材料加固钢筋混凝土结构构件时,应将纤维受力方式设计成仅承受拉应力作用。 (5)粘贴在混凝土构件表面上的纤维复合材料,不得直接暴露于阳光或有害介质中,应进行表面防护处理。 (6)粘贴纤维复合材料加固的混凝土结构,其长期使用的环境温度不得高于60,处于特殊环境(如高温、高湿、介质侵蚀、放射等)的混凝土结构采用本方法加固时,应采用耐环境因素的粘接胶,并按专门的工艺要求进行粘贴。,2. 粘贴纤维复合材
7、料加固设计要求,2.3 设计要求,(1)正截面抗弯加固,纤维复合材料粘贴在构件底面或顶面的受拉区,不得已侧面粘贴时,控制在距受拉区边缘1/4高度范围内,纤维方向与构件轴线一致;纤维截断位置距充分利用其强度的截面算起,两端各外延粘贴延伸长度Lc(图2.3.11);多层纤维布按内短外长的原则分层截断,外层纤维布的截断点宜超过内层截断点200mm以上,并应在截断点加设U型箍进行锚固(图2.3.12)。 (2)斜截面抗剪加固,采用纤维复合材料条带,粘贴成垂直于构件轴线的环形箍或其它有效的U型箍(图2.3.13),其净间距不大于规范规定的最大箍筋间距的0.7倍,且不大于梁高的0.25倍,U型箍的上端应粘
8、贴纵向压条予以锚固,梁高h600mm,则应在梁的腰部增设一道纵向腰压带(图2.3.14)。 (3)正截面抗弯加固后的构件受弯承载力提高幅度不应超过40,避免构件因受弯承载力提高后导致的先受剪破坏。 (4)粘贴纤维复合材料对受弯构件加固,纤维板不宜超过2层;纤维布不宜超过4层,每层布的单位面积质量不大于300g/m。 (5)纤维布沿受力方向搭接长度大于100mm,避开构件应力最大区域,各层搭接相互错开超过200mm;纤维板不允许搭接。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,2.3.1 受弯构件加固,图2.3.11 粘贴纤维复合材料抗弯加固的粘贴延伸长度,图2.3.12 粘贴纤维复合材料
9、抗弯加固的分层截断,图2.3.13 纤维复合材料抗剪加固的粘贴方式,图2.3.14 纤维复合材料U型箍的间距和锚固,重庆交通大学 ,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,2. 粘贴纤维复合材料加固设计要求,2.3 设计要求,(1)轴心受压构件的正截面加固,采用环向围束法(沿构件全长无间隔地环向连续粘贴纤维复合材料布的方法)进行受压加固的适用条件: 1)圆形截面柱:L/d12; 2)方形或矩形截面柱:L/b14,h/b1.5,h600mm,,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,2.3.2 轴心受压构件加固,截面棱角圆化处理(倒圆半径25mm)。 (2)轴心受压构件的斜截面加固,采用纤维方向
10、与构件轴线垂直的环形箍(沿构件全长间隔地粘贴的纤维复合材料条带)进行受剪加固。 (3)轴心受压构件粘贴纤维复合材料加固,圆形截面最有效(环向围束内的混凝土有效约束面积AcorD/4),矩形截面最差(环向围束内的混凝土有效约束面积Acorbh(4)r,图2.3.2 )。 (4)环向围束的纤维布层数,圆形截面构件不少于2层,正方形和矩形截面构件不少于3层。,图2.3.2 环向围束内矩形截面有效约束面积,2. 粘贴纤维复合材料加固设计要求,2.3 设计要求,(1)纤维复合材料粘贴于构件受拉区边缘混凝土表面,纤维方向与构件轴线方向一致。 (2)间隔设置纤维布环形箍对受拉纤维进行锚固,并在构件两端增设机
11、械锚固措施进行锚固增强。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,2.3.3 大偏心受压构件加固,(1)轴心受拉构件加固,纤维复合材料条带均匀地粘贴于构件受拉区表面,纤维方向与构件轴线方向一致。 (2)大偏心受拉构件加固,纤维复合材料环向连续或间隔地粘贴于构件受拉区表面,纤维方向与构件轴线方向一致。,2.3.4 受拉构件加固,(1)钢筋混凝土墩柱因延性不足而进行抗振加固时,采用环向粘贴纤维复合材料构成的环向围束作为附加箍筋提高墩柱的体积配箍率进行加固。 (2)环向围束的纤维布层数:圆形截面墩柱不少于2层,正方形和矩形截面墩柱不少于3层。,2.3.5 墩柱延性构件加固,3. 粘贴纤维复合
12、材料加固施工技术,3.1 施工准备,(1)设计技术交底:熟悉设计文件,了解设计意图,提出须设计答疑或要求变更的问题,形成会议纪要遵照执行。 (2)施工组织设计:包括施工技术方案、工艺流程、人员、材料、机具组织、工期安排、交通组织、质量、安全、环保措施及发生意外事故的应急预案等方面。 (3)桥梁病害复查:根据桥梁检测报告和维修加固设计文件,对桥梁结构病害进行近距离全面复查,对混凝土裂缝、孔洞等缺陷进行标示,检查发现与设计不符的情况,报告监理和业主单位通知设计单位进行设计变更。 (4)施工材料准备:根据设计要求选择施工材料并报监理、业主单位批准,对选定的材料组织进场和进场后在监理鉴证下进行 抽样送
13、检,检测不合格的材料退场不用。 (5)人员机械进场:进场施工人员持证上岗并经过技术交底和技术培训,进场施工机械有许可证并经过检验标定。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.2 施工工序流程,(1)搭设施工支架:根据桥位地形、水流条件和桥梁结构形式、维修加固工程内容和施工部位,选择搭设固定式或活动式施工支架。 (2)桥梁卸载:主要通过交通组织限制车辆数量、重量、速度等以减少活载。对于允许减少恒载的结构加固,先卸载,后加固,结构加固效果更好。 (3)基层处理:通过修补混凝土裂缝和剔除破碎混凝土,修补孔洞等缺陷,提供可粘贴纤维布或板的坚实基面,通过
14、表层打磨、除尘、清洁,提供干净、易粘的粘贴基面。 (4)涂刷底胶:通过底胶的低粘度和混凝土表层的毛细作用,使底胶经涂刷渗进混凝土表层内一定深度,改善被加固结构的表层性能,提高其可粘性和抗剥离性。 (5)基层整平:通过基层整平,使被加固结构能与粘贴的纤维复合材料更密贴,杜绝空鼓等粘贴不牢的施工缺陷产生的外部条件隐患。 (6)粘贴纤维布或纤维板:通过粘贴纤维布或纤维板,使被加固结构病害消除、承载能力与荷载标准提高、使用功能与耐久性改善的设计意图实现。 (7)表面防护:通过表面喷砂或表面涂装等防护措施,使结构加固范围内外表面色彩相近,防火、防腐、耐湿、耐久性能提高。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,
15、重庆交通大学 ,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,(1)在结构上画线标示粘贴纤维复合材料的部位,明确结构加固范围。 (2)对加固范围缝宽0.15mm的混凝土裂缝,按设计要求先行修复;剔除混凝土破碎、孔洞、蜂窝麻面部份至坚实层,对裸露锈蚀钢筋除锈至露出金属光泽,按设计要求采用比原结构高一级的混凝土或环氧砂浆或环氧细石混凝土修复基层混凝土缺陷至原结构表面。 (3)对加固范围的混凝土表面打磨除去污染表层和外突部份并增糙,吹风清洁后,涂刷丙酮或用丙酮擦拭进一步清洁和去脂;结构的拐角处打磨成圆弧状,圆化半径:梁20mm,柱25mm。 (4)结构渗水处,先堵水和防水,再进行表层处理
16、;潮湿构件表面粘贴纤维复合材料加固施工,须先烘干构件表面或使用潮湿型粘贴胶。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.1 基层处理,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.1 基层处理,图3.3.1 基层处理的主要技术措施,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,(1)按设计要求或产品说明书配兑底胶,要求精确计量、搅拌充分和均匀,排出气泡。 (2)用毛刷或特制滚筒将底胶均匀、无遗漏地涂刷或涂抹于被加固结构处理好的基层表面,要求纵横向、正反向、反复涂刷和涂抹,使更多的胶渗入混凝土表层内。,
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