結(jié)構(gòu)加固新概念.ppt

1、四、復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)薄層加固混凝土結(jié)構(gòu),湖南大學(xué) 尚守平 2009.3.,背景,背景 我國建國已超過50年，大量的橋梁結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入中老年期，需進(jìn)行維修加固。 對已建好的各類建筑物、構(gòu)筑物進(jìn)行維修、加固，保持其正常使用功能，延長其使用壽命，對我國而言，不但可以節(jié)約投資，而且能夠減少土地的征用，對緩解日益緊張的城市用地矛盾有著重要的意義。 建筑物需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固主要有以下原因：設(shè)計不當(dāng)；施工過程中出現(xiàn)問題； 使用要求或作用荷載發(fā)生改變；建筑物的老化、腐蝕、損傷積累、火災(zāi)、地震、戰(zhàn)爭等災(zāi)難性影響,在結(jié)構(gòu)加固修復(fù)領(lǐng)域，目前常用的直接加固法主要有粘貼CFRP、粘貼鋼板以及加大截面法。 前兩種方法有許

2、多優(yōu)點，但均采用有機結(jié)構(gòu)膠粘貼，而有機結(jié)構(gòu)膠有其致命的弱點，即在溫度達(dá)60C以上時開始軟化，強度和剛度急劇下降，不利于耐火及高溫環(huán)境，且有機物質(zhì)對室內(nèi)環(huán)境存在空氣污染問題，故使用范圍受到一定限制。加大截面法雖然不存在上述問題，但卻不具備前述兩種方法基本不增加構(gòu)件尺寸的優(yōu)點。,CFRP 碳纖維增強塑料,Carbon Fiber Reinforced polymer,采用有機結(jié)構(gòu)膠粘貼，而有機結(jié)構(gòu)膠有其致命的弱點，即在溫度達(dá)60C以上時開始軟化，強度和剛度急劇下降，不利于耐火及高溫環(huán)境，且有機物質(zhì)對室內(nèi)環(huán)境存在空氣污染,聚合物砂漿鋼絲繩網(wǎng)加固法,聚合物砂漿有機物成分為主的一種加固用砂漿。 （老化、

3、污染） 鋼絲繩 網(wǎng) 高強、卷曲 （彈性摸量與普通鋼材差不多、 施工時須蹦直） 價格 較高 相對特點 粘聚強度高，與被加固構(gòu)件黏結(jié)好。,高能性水泥復(fù)合砂漿是以硅酸鹽水泥和高性能混凝土摻合料為主要成分及外加劑和少量，加水和砂（粒徑D2.5mm）拌合而成的一種具有良好工作度的砂漿，硬化養(yǎng)護(hù)有機纖維至設(shè)計強度后，具有高強度、低收縮、高抗裂性、密實性好，并與原構(gòu)件混凝土表面有較高的粘結(jié)強度。它是一種不同于普通水泥砂漿的加固用特種砂漿。,HPFL高性能水泥復(fù)合砂漿薄層,High Performance Ferro-cement Laminate,鋼筋 高性能水泥復(fù)合砂漿用的鋼筋應(yīng)優(yōu)先選用HRB335級熱軋

4、帶肋鋼筋或HPB235級（Q235級）的熱軋鋼筋；當(dāng)有工程經(jīng)驗時，也可使用HRB400級或RRB400級的熱軋帶肋鋼筋；優(yōu)先選用HRB335級熱軋帶肋鋼筋或HPB235級（Q235級）的熱軋鋼筋是考慮到在使用荷載下鋼筋的應(yīng)力不可能太高，否則結(jié)構(gòu)的裂縫會過大，影響正常使用功能和耐久性。,HPFL加固法工藝簡單，施工方便,加固構(gòu)件性能可靠,可裝在任意沖擊電錘上的鑿毛件,HPFL加固混凝土結(jié)構(gòu)的特點： 1) 環(huán)保節(jié)能性能好。目前結(jié)構(gòu)加固修復(fù)使用了大量的有機結(jié)構(gòu)膠，這些有機結(jié)構(gòu)膠會長期逸出有害氣體，對于室內(nèi)環(huán)境有很大污染，對人體健康也不利。高性能復(fù)合砂漿是無機材料，用HPFL對危、舊房屋建筑加固修復(fù)，

5、不會逸出有害氣體，不會對環(huán)境和人體健康產(chǎn)生影響。,2）防火性能好。目前應(yīng)用較廣的粘纖維增強復(fù)合材料加固法中，結(jié)構(gòu)膠均采用以環(huán)氧樹脂為主劑，環(huán)氧樹脂在溫度大于60度時會呈現(xiàn)軟化現(xiàn)象，而建筑物外部，特別是橋梁一般受到陽光直射，外部溫度大于60度的可能性很大，不利于采用樹脂膠作粘貼劑，而且結(jié)構(gòu)膠作為有機材料，對防火十分不利。用HPFL加固，其成分都是無機材料，對高溫的影響不敏感，有利于防火。其主材之一的鋼筋，一般采用普通鋼筋，具有很好的延性，抗震性能好。,3）耐久性能好。高性能復(fù)合砂漿的主要成分屬無機膠凝材料，與混凝土材性十分接近，故不會形成材質(zhì)不相容的隔離界面，不會產(chǎn)生相互排斥。砂漿與原混凝土的毛

6、細(xì)管能相互連通，滲透性好，并且水泥膠體有自愈合的功能，與基材的協(xié)調(diào)性好，因此比有機加固材料的抗老化、耐久性更好。使用該種加固修補方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理后，不需要像采用粘鋼法所需要的定期防銹維護(hù)，節(jié)省了大筆維護(hù)費用，,4）經(jīng)濟適應(yīng)性強。HPFL加固混凝土結(jié)構(gòu)，是一種有效的加固方法，該方法幾乎不增大構(gòu)件的重量與截面尺寸，工藝簡單，施工便捷，施工質(zhì)量容易保證； 經(jīng)濟效益好，價格便宜，與粘纖維增強復(fù)合材料加固法相比，每平米HPFL的價格是碳纖維的1/51/8；而且其本身可以起到對內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，達(dá)到雙重加固修補的目的，節(jié)省了大筆維修費用。,（2）建設(shè)部工中國程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會 委托湖南大學(xué)編制HP

7、FL加固砼結(jié)構(gòu)規(guī)程 ,外加劑 結(jié)構(gòu)加固用復(fù)合砂漿中，一般應(yīng)摻加礦物外加劑、膨脹劑、化學(xué)外加劑和纖維。復(fù)合砂漿用的外加劑可采用礦物外加劑、膨脹劑、化學(xué)外加劑、聚合物乳液和可用分散聚合物膠粉。,為保證高性能水泥復(fù)合砂漿和原構(gòu)件的可靠粘結(jié)，應(yīng)在界面劑涂刷后初凝之前壓抹復(fù)合砂漿。 復(fù)合砂漿用界面處理劑，一般應(yīng)采用水泥基界面處理劑。采用的水泥為普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥。,最近，美國ACI提出了在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表層配筋技術(shù)(Skin reinforcement)。,在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表層配筋可大大增強混凝土構(gòu)件的抗裂能力和耐久性，提高結(jié)構(gòu)鋼筋的使用強度。,鋼筋網(wǎng),25mm,200-300mm,復(fù)合砂漿

8、鋼筋網(wǎng)薄層HPFL,相關(guān)論文發(fā)表情況 1 鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿加固RC偏心受壓柱的試驗研究. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2005，26（2）（EI收錄） 2 一種適用于鋼絲(筋)網(wǎng)水泥加固RC結(jié)構(gòu)的纖維增強復(fù)合砂漿和界面劑. 土木工程學(xué)報，2005，38（5） 3 鋼筋網(wǎng)復(fù)合砂漿加固鋼筋混凝土方柱抗震性能的研究. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2006年8月，27（4） 4Experimental Investigation Into The Strengthening Of RC Columns Using Composite Mortar Laminates Reinforced With Mesh Reinforce

9、ments. ACI special publication. 5鋼絲網(wǎng)復(fù)合砂漿加固RC梁二次受力受彎試驗研究 .建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2005，26（4） 6鋼絲網(wǎng)復(fù)合砂漿加固混凝土受彎構(gòu)件非線性分析 .工程力學(xué)，2005，（6） 7鋼絲網(wǎng)水泥砂漿片材用于結(jié)構(gòu)加固的研究綜述.建筑結(jié)構(gòu),2004，34（3）：711,8鋼筋網(wǎng)復(fù)合砂漿加固受彎足尺RC梁二次受力試驗研究，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2006 ，27（5） 9復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固抗彎RC梁的非線性分析，工程力學(xué)，2006（9） 10銷釘在鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿加固混凝土構(gòu)件中的性能研究，建筑結(jié)構(gòu) ， 2006（3） 11國內(nèi)外關(guān)于鋼絲網(wǎng)水泥砂漿用于RC結(jié)構(gòu)加固

10、的研究.世界地震工程，2004，20(2) 12高性能復(fù)合砂漿高溫后的抗壓強度試驗研究.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報 ，2006，4 13復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固混凝土梁抗剪計算模型探討.科學(xué)技術(shù)與工程 ，2006，3 14HPFL加固某RC框架梁施工技術(shù). 工業(yè)建筑，2006，4,規(guī)程主要內(nèi)容 （1）高性能水泥復(fù)合砂漿材性； （2）HPFL加固混凝土受彎構(gòu)件性能，包括縮尺構(gòu)件和足尺構(gòu)件，一次受力和二次受力的承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)性能； （3）HPFL加固混凝土受壓構(gòu)件的承載力和抗震性能； （4）HPFL加固構(gòu)件的疲勞性能、耐火性能； （5）施工工藝及檢驗和驗收要求。,規(guī)程的試應(yīng)用情況 湘陰彎河試驗

11、中學(xué) 教學(xué)樓,郴州摩泰大酒店加固改造工程,4、支撐規(guī)程的相關(guān)課題及研究成果 （1）高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金：新型鋼絲網(wǎng)復(fù)合砂漿加固壓彎構(gòu)件的動力特性研究 ； （2）湖南省交通廳科研基金：HPFL加固混凝土構(gòu)件研究 ； （3）湖南省建設(shè)廳科技基金：鋼筋（絲）網(wǎng)復(fù)合砂漿加固RC梁的受彎試驗研究 ； （4）湖南省科技計劃重點項目：HPFL加固混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗剪承載力研究 ； （5）長沙市科技計劃項目：HPFL加固混凝土結(jié)構(gòu)研究及產(chǎn)業(yè)化 （6）中國聯(lián)合工程公司項目：HPFL加固混凝土結(jié)構(gòu)研究,試驗研究結(jié)果及鑒定結(jié)論： 1 、HPFL與原結(jié)構(gòu)混凝土能夠很好地結(jié)合并且能可靠地共同工作，造價低廉，施工

12、簡易方便； 2 、HPFL與被加固的混凝土構(gòu)件都屬于無機材料，相互兼容及協(xié)調(diào)性好，能夠顯著地減少結(jié)構(gòu)的變形； 3、相對于CFRP而言，用HPFL加固的混凝土構(gòu)件耐高溫性能好，不易老化剝離； 4、 HPFL與被加固的混凝土構(gòu)件都屬于無機材料，不會長期揮發(fā)出有機物質(zhì)，對室內(nèi)環(huán)境影響小； 5、 HPFL與被加固的混凝土構(gòu)件基本上不增加結(jié)構(gòu)的體積，對空間尺寸影響小。,）首次進(jìn)行了足尺RC壓彎構(gòu)件的抗震加固試驗研究，研究不同因素對加固柱抗震性能的影響規(guī)律，揭示了加固層的抗震加固作用機理和受力性能。 6）在試驗研究基礎(chǔ)上建立了各種加固柱的正截面承載力計算公式，建立了被加固柱本構(gòu)模型和抗震加固柱恢復(fù)力模型計

13、算方法和計算公式 2006年12月22日，湖南省科學(xué)技術(shù)廳組織和主持召開了由湖南大學(xué)完成的“高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固RC梁抗剪性能研究”科研項目的成果鑒定會。與會專家聽取了工作和技術(shù)報告，審查了有關(guān)的技術(shù)文件，經(jīng)質(zhì)疑和認(rèn)真討論，形成如下鑒定意見： 1.在試驗研究和數(shù)值分析基礎(chǔ)上，提出了抗剪加固的實用設(shè)計公式。公式計算值與試驗結(jié)果吻合良好，研究成果為編制國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程提供了依據(jù)； 鑒定結(jié)論說：“該研究成果達(dá)到國際先進(jìn)水平，建議進(jìn)一步完善高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固RC結(jié)構(gòu)相關(guān)的集成技術(shù)研究，加快應(yīng)用推廣。”,相關(guān)論文發(fā)表情況 1 鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿

14、加固RC偏心受壓柱的試驗研究. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2005，26（2）（EI收錄） 2 一種適用于鋼絲(筋)網(wǎng)水泥加固RC結(jié)構(gòu)的纖維增強復(fù)合砂漿和界面劑. 土木工程學(xué)報，2005，38（5） 3 鋼筋網(wǎng)復(fù)合砂漿加固鋼筋混凝土方柱抗震性能的研究. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2006年8月，27（4） 4Experimental Investigation Into The Strengthening Of RC Columns Using Composite Mortar Laminates Reinforced With Mesh Reinforcements. ACI special publication

15、. 5鋼絲網(wǎng)復(fù)合砂漿加固RC梁二次受力受彎試驗研究 .建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2005，26（4） 6鋼絲網(wǎng)復(fù)合砂漿加固混凝土受彎構(gòu)件非線性分析 .工程力學(xué)，2005，（6） 7鋼絲網(wǎng)水泥砂漿片材用于結(jié)構(gòu)加固的研究綜述.建筑結(jié)構(gòu),2004，34（3）：711,8鋼筋網(wǎng)復(fù)合砂漿加固受彎足尺RC梁二次受力試驗研究，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2006 ，27（5） 9復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固抗彎RC梁的非線性分析，工程力學(xué)，2006（9） 10銷釘在鋼筋網(wǎng)水泥復(fù)合砂漿加固混凝土構(gòu)件中的性能研究，建筑結(jié)構(gòu) ， 2006（3） 11國內(nèi)外關(guān)于鋼絲網(wǎng)水泥砂漿用于RC結(jié)構(gòu)加固的研究.世界地震工程，2004，20(2) 12高性能復(fù)合砂漿高溫后的抗壓強度試驗研究.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報 ，2006，4 13復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固混凝土梁抗剪計算模型探討.科學(xué)技術(shù)與工程 ，2006，3 14HPFL加固某RC框架梁施工技術(shù). 工業(yè)建筑，2006，4,15HPFL加固某RC框架梁加固中的應(yīng)用研究.施工技術(shù)，2006 16 Nonlinear analysis of reinforced concrete beam strengthened with ferrocement under secondary loading. Proceedings of the Ninth International Sy