中美FRP加固钢筋混凝土梁抗剪设计规范比较.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 2 期 (总 第 2 6 8 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORET I CAL RESE ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 2 0 0 8 中美 F R P加固钢筋混凝土梁抗剪设计规范比较 闰续 ,滕海文 a , b 霍达 a ,b ( 北京工业大学 a 建筑工程学院;b 城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要: 纤维复合
2、材( F R P ) 以其轻质、 易安装、 耐腐蚀等特点而倍受土木工程界的关注。 根据美国A C I 一 4 4 0 委员会编写的A C I 4 4 0 2 I _ o 8 F R P 外黏加固混凝土结构设计与施工指南 , 介绍了该指南中F R P 加固混凝土梁斜截面抗剪承载力设计的适用范围和设计方法 , 并与我 国G B 5 0 3 6 7 -2 0 0 6 ( 混凝土结构加固设计规范 中钢筋混凝土梁斜截面加固的计算方法进行对比分析, 指出了两者在适用范围及设计方 法上的异同点, 为该方法的推广应用提供了参考。 关键词: 纤维复合材;钢筋混凝土梁;受剪承载力; 加固;设计规范 中图分类号:
3、T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 2 8 - 0 3 Sh ea r de s i gn c ode co m pa r i s on o f RC be ams s t r en gt he ne d b y F RP of Chi na a nd Ame r i c a YAN Xu , T ENG Ha i we n 一 , HUO Da ( a C o l l e g e o f A r c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r
4、 i n g ; b T h e Ke y L a b o r a t o r y o f U r b a n S e c u r i t y a n d Di s a s t e r E n gin e e r i n g , Mi n i s t r yo f E d u c a t i o n , B e ij i n gUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y , B e i j i n g 1 0 0 1 2 4, C h i n a ) A b s t r a c t : T h e fi b e r r e in f o r c e d
5、p o l y me r( F R P) h a s a r o u s e d c o n c e l n f o r i t s p r o p e r t y : t h e y arc l i g h t we i g h t , r e l a t i v e l y e a s y t o i n s t a l l , a n d a r e n o n c o r r o s i v e Ac c o r d i n g t o t h e Gu i d e for the De s i g n an d Co n s t r u c t i o n o f Ex t e r
6、n a l l y Bo n d e d FRP S y s t e ms f o r S t r e ng t h e n i n g Co n c r e t e St r u c t u r e s ( AC I 4 4 0 J 2 R o 8 ) r e p o r t e d b y AC I c o mmi tt e e 4 4 0 , p r e s e n t s the a p p l y i n gs c o p e and d e s i g nme tho do f s h e ard e s i gn c o d e o f s e n g t h e n i n g
7、 RCb e a ms b y F R P I na d d i t i o n , c o mp a ri n g the d i ff e r e n c e s o f the s h e ard e s i gn c o d e s o f RCb e a ms s t r e n g t h e n e d b e t we e nC h i n a ( G B 5 0 3 6 7 -2 0 0 6 ) a n d Ame ri c a , an d h e l p s to e x t e n d the me t ho d in e n g i n e e r i n g c o
8、 n s t r u c t i o n K e ywo r d s : fi b e r - r e i n f o r c e dp o l y me r ( F R P ) ; RCb e a ms ; s b e ft c a p a c i t y ; s t r e n g t h e n i n g ; g u i d e 0 引言 混凝土外贴纤维增强复合材 F R P ( F i b e r R e i n f o r c e d P o l y me r ) 加固法( 以下简称“ F R P法” ) 可具有轻质、 超高强、 高弹模、 易剪 裁、 易安装、 抗疲劳、 耐腐蚀等许
9、优点, 在钢筋混凝土加固领域 得到广泛应用。 一 种新技术的推广离不开对于材料特性及设计原则的探 究。 F R P材料有着许多不同于传统建筑材料的特点。 在理论分 析及试验研究的基础上, 许多国家纷纷推出了针对 F R P加固钢 筋混凝土技术的相关规范与指导, 如我国的 G B 5 0 3 6 7 -2 0 0 6 混凝土结构加固设计规范 【 1 ( 以下简称“ 中国规范” ) ; 美国 A C I 4 4 0 委员会编写的 A C I 4 4 0 2 R - - 0 8 ( G u i d e f o r t h e De s i g n a n d Co n s t r u c ti o
10、n o f Ex t e rna l l y Bo n d e d F RP S y s t e m s f o r S t r e n g t h e n i n g C o n c r e t e S t ruc t u r e s t: ( 以下简称“ 美国规范” ) 。 由于各国规范对 于设计要求存在一定差异, 本研究详细比较了中美两国规范中 对于加固钢筋混凝土梁抗剪设计方法在使用范围、 设计方法等 方面的异同, 可作为研究 F R P法的理论参考。 1 适 用范围比较 1 1 中国规 范 中国规范规定, 采用纤维复合材对钢筋混凝土结构进行加 固时 , 应采取措施卸除或大部分卸除作用在
11、结构上的活荷载0 收稿 日期 :2 0 1 1 8 - o 1 2 8 对于适用范围的具体要求如下 : ( 1 ) 不适用于素混凝土构件, 包括纵向受力钢筋配筋率低 于现行国家标准 G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 0 2 ( 混凝土结构设计规范 规定 的最小配筋率的构件加固。 ( 2 ) 被加固的混凝土结构构件, 其现场实测混凝土强度等级 不得低于C1 5 , 且混凝土表面的正拉黏结强度不得低于 1 5 MP a 。 ( 3 ) 纤维受力方式设计为仅承受拉应力作用。 ( 4 ) 混凝土结构长期使用的环境温度不应高于 6 O。 ( 5 ) 当被加固构件的表面有防火要求时, 应按现行
12、国家标 准 G B 5 0 0 1 6 -2 0 0 6 ( 建筑防火设计规范 规定的耐火等级及 耐火极限要求 , 对纤维复合材进行防护。 1 2 美 国规 范 美国规范认为, 工程师在选择采用纤维复合材加固前, 须评 估 F R P法的可行性。 现有条件评估应包括核定现有结构承载 力、 分析结构缺陷及其成因、 检测混凝土基面状况等, 应是对结 构现状各方面作出的全面检测与分析。 在可行性评估的基础, 对于 F R P法的适用范围, 又作出了如下限制 : ( 1 ) 本法仅适用于将 F R P受力方式设计为承受拉应力作用。 ( 2 ) 在常温环境下, 工作温度不高于 F R P加固体系中最小
13、玻璃态转化点 ; 对于干燥环境, 工作温度不高于玻璃态转化 点 1 5。 ( 3 ) 混凝土抗拉强度不得低于 1 4 MP a , 抗压强度不得低于 1 7M:Pa。 ( 4 ) 结构使用强度满足公式: ( 咖 ) 既 i咖( 1 1 s 卜 O 7 5 S ) ; 式中: 为构件强度标准值, 为强度折减系数, 具体取值在美国 AC I 3 1 8 委员会编写的AC I 3 1 8 M 5 ( B u i l d i n g C o d e R e q u i r e me n t F o r S t r u c t u r a l C o n c r e t e C o mme n t a
14、r y ) t 】 ( 以下简称 “ 美国混凝土 规范” ) 中, 根据受力情况与材料特性, 细分为多种情况进行取 值; S 阻为恒荷载, 为活荷载。 ( 5 ) 耐火等级对于结构构件强度标准值的限制: R s ; 式中: 为火灾高温下构件强度标准值。 1 3对 比分析 1 3 1 共同点 ( 1 ) 中国规范与美国规范都强调 F R P不能设计为承受压力, 而只能仅考虑抗拉作用, 应将纤维受力方式设计成承受拉应力 作用。 ( 2 ) 在混凝土强度的要求上, 两者定量基本一致。 1 3 2 不同点 ( 1 ) 美国规范强调了在使用 F R P法之前, 须作出明细的可 行性分析 , 满足相应条件
15、的结构才可采用此法, 但并未提及加 固前卸载。 而中国规范强调了 H 粘贴前结构需卸载, 但并未考 虑分析结构加固条件。 ( 2 ) 与中国规范相比, 美国规范缺少配筋率限制, 例如对于 曾经在构件截面的受压区采用增大截面法加大了其混凝土厚 度, 而今又拟在受拉区采用 F R P法进行加固的混凝土梁 , 则较 有可能出现不能满足相应规范对于最小配筋率的要求的情况。 ( 3 ) 中国规范对于常温条件下长期使用环境温度的限制只 是笼统归为不高于 6 O, 对于极端环境缺少定量限制 ; 而美国 规范的工作温度限制则是因材料特性而异, 并且对于干燥环境 下工作的F R P材料有进一步限制。 ( 4 )
16、 对于构件适用范围及耐火限制, 美国规范均结合结构 荷载做了定量分析, 而中国规范没有针对F R P 法做特别限制。 2 设计方法 比较 2 1 中国规范 中国规范认为, 采用纤维复合材对受弯构件的斜截面受剪 承载力进行加固时, 应粘贴成垂直于构件轴线方向的环形箍或 其他有效的u形箍。具体计算方法为: ( 1 ) 根据构件实际尺寸、 材料强度 、 配筋面积、 初始剪力及 调整剪力确定纤维复合材条带材料、 尺寸及粘贴方式。 ( 2 ) 对于受弯构件, 验算加固后斜截面剪力设计值。 当 6 4时: 0 2 5 fl J b h 。 ( 1 ) 当h w l b 6时 : 0 2 0 fl J b
17、h 。 ( 2 ) 当4 10 8 h; 混凝土轴心抗压强度; l , D 作用于截面的有效预应力的垂直分力。 。取 与 的较小值。 ( 6 ) 计算加固结构受剪承载力设计值。 咖 ; 西 ( D + f f ) ( 2 1 ) f 0 9 5 , 对于环环形箍 , 、 尸 i 0 8 5 , 对 于u 形 箍 及 侧 面 粘 贴 ( 2 2 ) 式中: 加固F R P 后混凝土构件截面计算剪力 ; F R P抗剪强度折减系数。 ( 7 ) 加固极限验算。 3 0 O 6 6 v ; b w d ( 2 3 ) 2 3 对比分析 2 3 1 共同点 ( I ) F R P加 固钢筋混凝土梁 的
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