(高清正版)DB36_T1692-2022 公路桥梁纤维复材加固设计技术规程.pdf
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1、ICS 93.040 CCS P 28 DB36 江西省地方标准 DB36/T 16922022 公路桥梁纤维复材加固设计技术规程 Technical regulations for reinforcement design of fiber reinforced polymers for highway bridges 2022-11-17 发布 2023-05-01 实施 江西省市场监督管理局 发 布 DB36/T 16922022 I 目 次 前 言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 符号.3 5 基本规定.5 6 材料.5 7 预应力复材板加固法.9
2、8 复材网格加固法.13 9 复材筋嵌入式加固法.17 10 复材与钢丝绳组合加固法.20 附录 A(资料性附录)碳纤维复材网格拉伸性能试验方法.22 附录 B(资料性附录)粘结树脂正拉粘结强度的检测方法.24 附录 C(资料性附录)纤维布层间粘结剪切强度试样制备方法.27 附录 D(资料性附录)纤维增强复合材料与树脂材料的玻璃化转变温度测定方法.28 附录 E(资料性附录)碳纤维复材网格锚固性能试验方法.30 附录 F(资料性附录)粘贴碳纤维复材片材加固混凝土结构施工质量现场检测方法.32 条 文 说 明.34 DB36/T 16922022 II 前 言 本文件按照GB/T 1.12020
3、标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则 的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由江西省交通运输厅提出并归口。本文件起草单位:江西赣粤高速公路股份有限公司、东南大学。本文件主要起草人:王国强、李诺、吴刚、邹友泉、余小晴、杨美群、刘静、朱虹、董志强、唐煜、万阳、李莉、叶海新。DB36/T 16922022 1 公路桥梁纤维复材加固设计技术规程 1 范围 本文件规定了纤维复材加固公路桥梁的设计技术要求,其中包括预应力复材板加固法、复材网格加固法、复材筋嵌入式加固法及复材与钢丝绳组合加固法。本文件适用于江西省内钢筋混凝土公路梁式桥和预
4、应力混凝土梁式桥,以恢复使用功能、提高承载能力和增强安全性为目的的加固设计。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则 GB/T 3354 定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法 GB/T 3356 定向纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验方法 GB/T 3365 碳纤维增强塑料孔隙含量和纤维体积含量试验方法 GB/T 5224 预应力混凝土用钢绞线 GB/T 8358 钢丝绳 实
5、际破断拉力测定方法 GB/T 9914.3 增强制品试验方法第 3 部分:单位面积质量的测定 GB 14907 钢结构防火涂料 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50608 纤维增强复合材料工程应用技术标准 JC/T 773 纤维增强塑料 短梁法测定层间剪切强度 JG/T 507 数显式粘结强度检测仪 JGJ 145 混凝土结构后锚固技术规程 JGJ/T 325 预应力高强钢丝绳加固混凝土结构技术规程 JTG/T H21 公路桥梁技术状况评定标准 JTG/T J21 公路桥梁承载能力检测评定规程 JT/T 821 混凝土桥梁结构表面用防腐涂料 CECS146 碳纤维片材加固混凝土结构
6、技术规程 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 原构件 existing structure members 实施加固前的原有构件。DB36/T 16922022 2 3.2 承重构件 load-bearing structure members 承受施加在结构上主要作用的构件。3.3 纤维增强复合材料 fiber reinforced polymers 连续纤维或纤维织物与基体树脂复合制备而成的纤维增强复合材料,简称纤维复材(FRP)。3.4 纤维布 fiber sheets 连续纤维单向或多向排列形成的布状制品,简称纤维布。3.5 纤维增强复合材料板 fiber reinfo
7、rced polymer plates 连续纤维单向或多向排列形成的板状制品,简称复材板。3.6 纤维增强复合材料片材 fiber reinforced polymer laminates 现场用浸渍树脂粘贴的纤维布和复材板的统称,简称复材片材。3.7 纤维增强复合材料筋 fiber reinforced polymer bars 单向连续纤维与基体树脂经拉挤成型形成的棒状制品,简称复材筋。3.8 纤维增强复合材料网格 fiber reinforced polymer grids 用连续纤维制成的网格状制品,一般为正交双向形式,简称复材网格。3.9 钢丝绳 steel wire ropes 由
8、高强不锈钢钢丝或高强镀锌钢丝制成的小直径钢丝绳。3.10 钢丝-连续玄武岩纤维复合板 steel wire-basalt fiber composite plates 由钢丝和连续玄武岩纤维叠层铺设,并在工厂经树脂浸渍固化而成的板状制品。3.11 DB36/T 16922022 3 基体树脂 matrix resin 用于浸渍纤维丝,并在固化成型后传递应力至纤维丝,是复材组成成分之一。3.12 植筋胶 reinforcing glue 嵌入式加固时用于复材锚固的树脂材料。3.13 浸渍树脂 saturating resin 粘贴加固时用于粘贴并浸透纤维布的树脂材料。3.14 粘贴树脂 adhe
9、sive resin 粘贴加固时用于粘贴复材的树脂材料。4 符号 4.1 材料性能 Ef 复材的弹性模量;Es 钢筋的弹性模量;fc 混凝土轴心抗压强度设计值;fcu 混凝土立方体抗压强度设计值;ff 加固层混凝土抗拉强度设计值;ffd 复材的抗拉强度设计值;ffk 复材的抗拉强度标准值;ffv 抗剪加固采用的复材网格抗拉强度设计值;fr 钢丝绳抗拉强度设计值;ftk 混凝土抗拉强度标准值;fy 受拉钢筋抗拉强度设计值;f y 受压钢筋抗压强度设计值;f,md 达到受弯承载力极限状态时,复材的拉应力设计值。4.2 作用效应及承载力 M 弯矩设计值;Mk 正常使用阶段的标准荷载组合下的弯矩值;V
10、b 剪力设计值;Vb,ca 加固层混凝土承担的剪力设计值;Vb,f 达到受剪承载力极限状态时复材网格承担的剪力设计值;Vb,rc 未加固构件的受剪承载力;con 预应力复材板的张拉控制应力;f 复材应力;DB36/T 16922022 4 fpe 预应力复材板有效预应力;l4 预应力复材板的松弛损失;l5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失值;le 分批张拉的预应力复材板,后张拉预应力对前批预应力复材板产生弹性回缩损失;le0 由于施加预应力引起的原结构预应力筋(束)的弹性压缩损失;pc 预应力复材板处的混凝土法向压应力;pe.先张拉的片材截面中心处,由后张拉的每一批复材片材产生的混凝土法向应力
11、;pe0 原构件控制截面预应力钢筋重心处,由张拉的一批复材片材产生的法向应力;sk 正常使用阶段受拉钢筋的拉应力;Ep 复材片材的弹性模量与混凝土弹性模量的比值;f 复材应变;fe,m1 受压边缘混凝土达到极限压应变时复材的有效拉应变;fe,m2 复材与混凝土界面产生剥离破坏时复材的有效拉应变。4.3 几何参数 Ac 加固层混凝土截面积;Af 复材截面面积;Af,tot 嵌入式加固复材截面总面积;As 受拉钢筋截面面积;As 受压钢筋截面面积;Ase 计算复材片材加固混凝土受弯构件挠度变形时的换算受拉钢筋截面面积;ab 筋型复材的厚度;ae 矩形凹槽至邻近的梁侧面距离;ag 相邻矩形凹槽之间的
12、净间距;a0 纵向受拉钢筋合力点至混凝土受拉区边缘的距离;a 纵向受压钢筋合力点至混凝土受压区边缘的距离;b 矩形截面宽度或 T 形截面腹板的宽度;bb 筋型复材的高度;bf 受压翼缘宽度;db 筋材型复材的直径;e 复材板到中和轴的距离;h0 截面的有效高度,即受拉钢筋面积重心至受压边缘的距离;hf 受压翼缘高度;hfe 受拉复材的面积重心至受压边缘的有效高度;hg 矩形凹槽的高度;L 计算跨度;l 张拉端至锚固端之间的距离;sfg 复材网格竖向肢之间的间距;tfd 嵌入式加固复材的等效厚度;wg 矩形凹槽的宽度;x 混凝土受压区高度;f 复材的配筋率;b 受弯构件加固前的相对界限受压区高度
13、;b,f 受弯构件加固后的相对界限受压区高度。DB36/T 16922022 5 4.4 计算系数及其他 a1 受压区混凝土等效应力图形的折减系数。acf 复材板层数影响系数;m 复材片材分批张拉的次数;r 松弛损失率;vb 与受力条件有关的抗剪强度折减系数;e 复材环境影响系数;f 复材分项系数;T 年平均最高(或最低)温度与预应力复材张拉锚固时的温差;c 加固层混凝土强度利用系数;cv 斜截面混凝土受剪承载力系数;e 混凝土轴向温度热膨胀系数;f 复材板轴向温度膨胀系数。5 基本规定 5.1 一般规定 5.1.1 采用复材加固之前,应按 JTG/T H21、JTG/T J21 的规定,对原
14、结构进行检测和可靠性鉴定,并根据结构的实际情况,确定原结构材料强度设计指标。5.1.2 结构加固设计应与施工方法紧密结合,采取有效措施,确保新旧构件连接可靠、变形协调、共同受力;并应避免对未加固部分以及相关的结构、构件和地基基础造成不利的影响。5.1.3 处于特殊环境(腐蚀、放射、高温等)下的混凝土结构采用复材加固时,应采取相应防护措施。5.1.4 未经技术鉴定或设计许可,不得改变结构的用途和使用环境。5.1.5 在加固设计文件中应对结构加固过程中可能出现倾斜、失稳、过大变形或坍塌的情形提出相应的施工安全措施,并明确要求施工单位应严格执行。5.2 设计原则 5.2.1 采用复材加固时,被加固结
15、构经检测评定后的承载力设计值不应低于其恒荷载和可变荷载频遇值组合下的作用效应设计值。5.2.2 应进行施工张拉过程、承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算和验算,并应考虑结构二次受力的影响。6 材料 6.1 一般规定 6.1.1 本规程所涉及材料主要包括纤维增强复合材料、钢丝-连续玄武岩纤维复合板、粘贴树脂、表面防护材料等。6.1.2 粘贴树脂宜采用环氧树脂,纤维增强复合材料的基体树脂可选用环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂和酚醛树脂等。6.1.3 碳纤维复材施工时应远离电气设备和电源,或采取可靠的防护措施,施工过程应避免复材弯折。DB36/T 16922022 6 6.1.
16、4 粘贴树脂的原料应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射。粘贴树脂的配置和使用场所应保持通风良好。6.2 纤维增强复合材料 6.2.1 结构加固用碳纤维,须选用聚丙烯腈基(PAN 基)12k 或 12k 以下的小丝束纤维,严禁使用大丝束纤维;结构加固用玻璃纤维,须选用高强度无碱玻璃纤维。6.2.2 单向纤维布应符合 GB 50608 第 4.2.3 条的规定。6.2.3 结构加固用纤维布须采用符合本规程第 5.2.1 和 5.2.2 条要求的连续纤维,并与配套的改性环氧树脂使用。承重构件的加固严禁使用单位面积质量大于 300g/m2或采用预浸法生产的碳纤维布。纤维布的主要力学性能指标应符合表
17、1 的规定。纤维布抗拉强度标准值应具有 95%的保证率,弹性模量和极限应变应取平均值。表1 纤维布的主要力学性能指标 纤维布类型和等级 抗拉强度标准(MPa)弹性模量(GPa)极限应变(%)碳纤维布 CFS 高强型 CFS2500 2500 210 1.3 CFS3000 3000 210 1.4 CFS3500 3500 230 1.5 高模型 CFSM390 2900 390 0.7 玻璃纤维布 GFS GFS1500 1500 75 2.0 GFS2500 2500 80 2.3 玄武岩纤维布 BFS BFS2000 2000 90 2.0 6.2.4 对符合第 5.2.3 条要求的纤维
18、复材,当与另一种改性环氧树脂配套使用时,仍须按下列项目重新做适配性检验:a)抗拉强度标准值;b)仰贴条件下纤维复材与混凝土正拉粘结强度;c)层间剪切强度,按附录 C 规定的方法测定。6.2.5 复材板应符合下列规定:a)单向复材板的抗拉强度应按板的实测截面面积计算;b)单向复材板的纤维体积含量不宜小于 60%。6.2.6 复材板的主要力学性能应符合表 2 的规定。表 2 复材板的主要力学性能指标 复材板类型和等级 抗拉强度标准(MPa)弹性模量(GPa)极限应变(%)碳纤维复材板 CFP CFP2000 1800 140 1.4 CFP2300 2300 150 1.4 玻璃纤维复材板 GFP
19、 GFP800 800 40 2.0 玄武岩纤维复材板 BFP BFP1000 1000 50 2.0 6.2.7 复材筋应符合下列规定:a)复材筋截面可采用圆形、椭圆形、矩形、异形;b)复材筋的抗拉强度应按筋的截面面积计算,截面面积应按名义直径计算。对于椭圆截面筋,名义直径为与之截面面积相等的光圆筋直径;c)复材筋的纤维体积含量不宜小于 60%。6.2.8 复材筋的主要力学性能应符合表 3 的规定,抗拉强度标准值应具有 95%的保证率,弹性模量和极限应变应取平均值。DB36/T 16922022 7 表 3 复材筋的主要力学性能指标 复材筋类型和直径 抗拉强度标(MPa)弹性模量(GPa)极
20、限应变(%)碳纤维复材筋 CFB d10 mm 1800 140 1.5 10 mmd13 mm 1300 130 1.0 d13 mm 1100 120 0.9 玻璃纤维复材筋 GFB d10 mm 700 40 1.8 10 mmd22 mm 600 1.5 d22 mm 500 1.3 玄武岩纤维复材筋 BFB 800 50 1.6 6.2.9 复材网格的抗拉强度按网格的名义截面面积计算。复材网格的主要力学性能应符合表 4 的规定。复材网格的抗拉强度和弹性模量应按 GB 50608 附录 A 的方法测定。表 4 复材网格的主要力学性能指标 复材网格类型 抗拉强度标准值(MPa)弹性模量(
21、GPa)极限应变(%)碳纤维复材网格 CFG 1800 140 1.0 玄武岩纤维复材网 BFG 900 45 1.6 6.2.10 复材的安全性及适配性检验指标的测定方法应符合 GB/T 3354、GB/T 3356、GB/T 3366、GB/T 9914.3 的有关规定。6.2.11 复材抗拉强度的设计值应按公式 1 计算:fkfdfeff .(1)式中:ffd 复材的抗拉强度设计值(N/mm2);ffk 复材的抗拉强度标准值(N/mm2);f 复材分项系数,纤维布取 1.4,其他复材制品取 1.25;e 复材环境影响系数,取值可按 GB 50608 表 4.2.13。6.3 钢丝-连续玄
22、武岩纤维复合板 6.3.1 钢丝-连续玄武岩纤维复合板由钢丝、连续玄武岩纤维、树脂等组成。根据复合工艺分为层铺层间混杂复合板、层铺夹心混杂复合板和层铺外纤维毡内混杂复合板。6.3.2 钢丝-连续玄武岩纤维复合板制品中钢丝的混杂排列形式包括夹心混杂、层间混杂和外纤维毡内混杂三种,见图 1。外纤维毡内复合层复合板形式适用于拉挤成型工艺,复合板两侧表面应各有一层纤维毡;内层的纤维粗纱和钢丝应均匀排列,钢丝应被树脂完全包裹。DB36/T 16922022 8 钢丝环氧树脂基体浸渍了环氧树脂的BFRP布环氧树脂基体钢丝浸渍了环氧树脂的BFRP布 BFRP片材钢丝树脂基体钢丝树脂基体BFRP片材 a)夹心
23、混杂 b)层间混杂 钢丝树脂纤维毡纤维粗纱 c)外纤维毡内混杂 图 1 钢丝-连续玄武岩纤维复合板制品形式 6.3.3 钢丝-连续玄武岩纤维复合板品种和力学性能应符合表 5 的规定。表 5 钢丝-玄武岩纤维复合板力学性能指标 复合板编号 弹性模量(GPa)屈服强度(MPa)屈服后弹模(GPa)极限强度(MPa)延伸率 夹心混杂复合板 A(钢丝含量 13.5%)95.7 1113 66.1 1656 1.84%夹心混杂复合板 B(钢丝含量 19.9%)96.5 1042 60.2 2009 2.32%层间混杂复合板 C(钢丝含量 21.6%)99.8 1229 61.3 1739 2.24%6.
24、4 粘贴树脂 6.4.1 采用复材加固结构时,应采用配套的粘结树脂,包括粘贴树脂和浸渍树脂,相关性能指标应符合 GB 50608 第 4.3.2 条的规定。6.4.2 承重构件加固工程中不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等作浸渍树脂。6.4.3 粘贴树脂的正拉粘结强度标准值不应小于被加固混凝土抗拉强度标准值,且不应小于 2.5MPa。粘贴树脂的正拉粘结强度标准值应按附录 B 的方法测定。6.4.4 粘贴树脂和基体树脂的玻璃化转变温度 Tg不应低于 60,且应高于结构环境最高平均温度 10以上,玻璃化转变温度按附录 D 规定的方法测定。在腐蚀环境下,粘贴树脂和基体树脂应选用耐腐蚀性树脂材料。6.5
25、 表面防护材料 6.5.1 采用外贴复材加固修复时,加固修复完成后的结构表面应进行防护处理。DB36/T 16922022 9 6.5.2 当复材应用于特殊环境条件的结构时,应根据具体情况选择表面防护材料,表面防护材料的性能应符合 JT/T 821 的规定。6.6 钢丝绳 6.6.1 高强钢丝绳抗拉强度标准值(frk)不应低于表 6 的规定。表 6 高强钢丝绳抗拉强度标准值 种类 符号 公称直径(mm)不锈钢钢丝绳 镀锌钢丝绳 抗拉强度标准(MPa)材料分项系数(r)抗拉强度标准(MPa)材料分项系数(r)119 s 3.07.0 1650 1.47 1560 1.47 1770 1.47 1
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