1.8 当碳纤维片材的延伸长度不能满足上条规定的锚固长度要求时,应采取相应的附加锚固措施。
①对于梁,在碳纤维片材延伸长度范围内可设置碳纤维片 U形箍作为附加锚固措施(图2-3a)。U形箍宜在延伸长度范围内均匀布置,且在延伸长度端部必须设置一道U形箍。U形箍的粘贴面积 Au应满足式(2-18)的要求:
②对于板,可在碳纤维片材的延伸长度范围内通长设置垂直于受力碳纤维方向的压条(图 2-3b)。压条宜在延伸长度范围内均匀布置,且在延伸长度的端部必须设置一道压条。压条与板受拉面混凝土部分的粘贴面积Ab应满足式(2-19)的要求。
式中 Ab --碳纤维片材压条与板受拉面混凝土的粘贴面积;
ηb --碳纤维片材压条传递粘结应力的有效面积系数,取0.5。
2.1.9 对梁、板负弯矩区进行加固时,可凿除桥面铺装层后在顶面粘贴碳纤维片材,然后再恢复桥面铺装层。
不应使加固的碳纤维片材直接与车轮接触兼作磨耗层。
2.1.10 当沿柱轴方向粘贴碳纤维片材、对柱的正截面承载力进行加固时,碳纤维片材应具有可靠的锚固措施。
2.2 受剪加固
2.2.1 采用碳纤维片材对钢筋混凝土受弯构件进行受剪加固时:
碳纤维片材的纤维方向宜与构件轴线方向垂直;
片材粘贴的方式依构件不同的截面形式,可分别采用封闭式、 U形及侧面粘贴的形式,应优先采用封闭式;
当碳纤维片材采用条带按一定间距布置时,其净间距 Scf不应大于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的箍筋最大间距的0.7倍。U形及侧面粘贴形式的粘贴高度hcf,宜取构件截面高度或T形梁、箱形梁的腹板高度。对于非封闭的张贴形式,宜在条带的自由端粘贴纵向纤维片压条(图2-4b),压条的宽度不宜小于条带的宽度。
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图 2-4
2.2.2 抗剪承载力计算
矩形、T形和I形截面受弯构件受剪加固前,宜按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》验算受弯构件斜截面抗剪承载力。当验算结果表明其抗剪承载力不能满足设计要求,但不小于最大监理组合设计值 V d 的0.7倍,且其抗剪截面符合下列公司(2-20)要求时,可采用碳纤维片材进行受剪加固,否则不宜采用碳纤维片材进行受剪加固。
式中 Vd ——验算截面处由作用(或荷载)产生的剪力组合设计值;
fcuk ——边长为150mm的混凝土立方体抗压强度;
b——验算截面处的矩形截面高度或T形和I形截面腹板厚度(mm);
h0 ——验算截面处的截面有效高度。
矩形、 T形和I形截面的受弯构件,经碳纤维片材加固后,应按下列公式进行斜截面抗剪承载能力验算。
对封闭粘贴时取: εcf-v≤0.28εcf-u; 对U形粘贴和侧面粘贴时取:εcf-v=εcf-u
式中: Vd ——斜截面受压端正截面上由作用(或荷载)产生的最大剪力组合设计值(KN),按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定计算;
Vcs、Vsb、Vpb ——分别为受弯构件加固前斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪承载力设计值和与斜截面相交的普通弯起钢筋及预应力弯起钢筋的抗剪承载能力设计值(KN);
Vcf ——受弯构件加固后,碳纤维片材承担的抗剪承载力设计值(KN),按式(2-22)计算;
β ——碳纤维片材粘贴形式系数:封闭式粘贴,β=1.0;U形粘贴:β=0.80;侧面粘贴,β=0.65;
ncf ——碳纤维片材粘贴的层数;
Wcf ——碳纤维片材条带的宽度;
tcf ——单层碳纤维片材的厚度;
Scf ——碳纤维片材条带的净间距;
Ecf ——碳纤维片材的弹性模量;
εcf-v ——加固后受弯构件达到抗剪承载能力极限状态时,碳纤维片材的应变值,按式(2-23)计算;对于封闭式四边粘贴形式,取εcf-v≤0.004;对于非封闭式粘贴形式,取εcf-v≤0.0035;
εcf-u ——碳纤维片材的极限拉应变;
m ——斜截面受压端正截面处的广义剪跨比,m=Md/(Vd.h0)。当 m>3.0时,取m=3.0;当m<1.5时,取m=1.5
Md ——相应于最大剪力组合设计值Vd作用处的弯矩组合设计值;
h0 ——斜截面受压端正截面的有效高度;
hcf ——碳纤维片材条带粘贴的高度。
加固后进行斜截面承载能力验算时,斜截面水平投影长度 C可按下列公式(2-24)计算。
C=0.6mh0 (2-24)
式中符号同前。
2.2.3 受剪加固设计
当进行抗剪加固配置碳纤维片材设计时,宜按下列步骤进行:
绘制按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定算得得作用(或荷载)产生得最大剪力组合设计值的 Vd包络图;
在上述包络图上绘出受弯构件斜截面内在加固前的实际抗剪承载力设计值包络图;
将上述两个包络图的对应值相减,其差值包络图即为应由碳纤维片材承担的剪力设计值 Vd.cf包络图;
碳纤维片材的配置设计,一般宜预先选定碳纤维片材的规格、条带的宽度、粘贴的形式与碳纤维片材的层数,再按下式确定碳纤维片材条带的净间距Scf。
式中: Scf ——碳纤维片材条带的最大设计净间距;
Vd-cf——需由碳纤维片材承担的最大剪力设计值,由剪力设计值包络图确定。
其余符号同前。
受弯构件加固端长度可根据以下原则确定,即Vd-cf>0的梁段均须加固。但碳纤维片材条带的净间距Scf宜根据Vd-cf值的变化进行分段调整,其最大值不应超过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定最大箍筋间距的0.7倍。
2.2.4 矩形、T形和I形截面受弯构件受剪加固后,其斜截面抗弯承载力可按下列公式进行验算。
(2-26)
其最不利斜截面水平投影长度C可按下列公式试算确定:
(2-27)
式中 Md——斜截面受压端正截面的最大弯矩组合设计值;
Zcf.v——与斜截面相交的同一平面内抗剪碳纤维片材条带合力作用点至斜截面受压端的水平距离;
[……]——式( 2-27)中括号内的各项均按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定计算;
其余符号同前。
2.3 约束混凝土柱加固
2.3.1 沿圆柱密裹碳纤维片材进行加固时,其抗压承载力按下列公式计算:
当密裹碳纤维片材进行加固时,式(2-29)可按下式表达:
Afo=πdcor.tcf (2-30)
式中: Nd ——轴向力组合设计值;
Acor ——构件核心截面面积;
Afo ——密裹碳纤维片材的换算截面面积;
Dcor ——构件核心截面直径;
tcf ——碳纤维片材厚度;
Afo1 ——单位宽度内碳纤维片材截面面积;
S ——沿构件轴线方向碳纤维片材的螺距或间距,因是沿构件轴线方向密裹碳纤维片材,故S=单位宽度;
K ——间接配筋影响系数,混凝土强度等级C50以下时,取k=2.0。
fcf,d ——碳纤维片材的抗拉强度设计值,取fcf,d=Ecf[εcf]进行计算。
2.3.2 沿正方形柱密裹碳纤维片材进行加固时,可按圆柱公式计算后乘以形状折减系数ψ'进行修正,对于正方形柱时取ψ'=0.5(边长≤60cm),但(式2-29)的Afo应修正为:
Afo=4αcor.tcf (2-31)
式中: acor-——正方形构件核心截面的边长
2.3.3 碳纤维片材绕柱搭接时,应形成封闭形式。碳纤维片材的搭接位置应分层相互错开,其搭接长度宜不小于150mm。
3、构造要求
3.1 在受弯加固和受剪加固时,被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级不应低于C15。采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时,混凝土强度等级不应低于C10。
3.2 当碳纤维片沿其纤维方向需绕构件转角处粘贴时,转角处的曲率半径不应小于20mm。
3.3 当碳纤维片沿其受力方向搭接接长时,其搭接长度不应小于100mm,各层搭接的位置,应相互错开。
3.4 为保证碳纤维片材可靠地与混凝土共同工作,必要时应采取附加锚固措施。