混凝土結(jié)構(gòu)的病害分析和加固技術(shù)的研究畢業(yè)論文淺談混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)-畢業(yè)論文

本科生畢業(yè)論文(設(shè)計)淺談混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)指導(dǎo)教師職稱副教授文章將從混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展史、混凝土的基本概念、種類、特性、特點以及應(yīng)用范圍和應(yīng)用現(xiàn)狀談起，主要研究混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)；分析混凝土結(jié)構(gòu)常用加固方法，主要包括預(yù)應(yīng)力加固法、增大截面加固法、外包鋼加固法、外部粘鋼加固法、增設(shè)支點加固法、化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)法、水泥壓漿補(bǔ)強(qiáng)法、噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)法、粘貼纖維材料加固法、化學(xué)植筋加固法等；了解混凝土結(jié)構(gòu)新型的加固方法，主要包括繞絲加固法、粘貼鋼筋加固技術(shù)、聚合物浸漬混凝土加固技術(shù)、玻璃鋼加固法等。重點討論碳纖維加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及在工程方面的應(yīng)用。通過搜集的權(quán)威人士的研究成果，查閱現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范，加之平時的工作經(jīng)驗積累，對混凝土結(jié)構(gòu)的加固方案和技術(shù)進(jìn)行分析比較，總結(jié)出混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)遵循的原則、適用范圍，展望混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)加固技術(shù)規(guī)范碳纖維加固技術(shù)前言 第一章混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展史及研究意義 21.1混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展史 21.2混凝土結(jié)構(gòu)的研究意義 4第二章混凝土結(jié)構(gòu)的概念及特性 52.1混凝土結(jié)構(gòu)的概念 52.2混凝土結(jié)構(gòu)的特性 6第三章混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析 3.1結(jié)構(gòu)加固的原則及常用結(jié)構(gòu)加固方法、特點 73.1.1結(jié)構(gòu)加固的原則 3.1.2常用結(jié)構(gòu)加固方法、特點 83.2混凝土結(jié)構(gòu)加固改造配套技術(shù) 3.3新型加固方法 第四章碳纖維加固混凝土技術(shù)及應(yīng)用 4.1碳纖維材料的發(fā)展與應(yīng)用 4.1.2碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP) 4.2碳纖維加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4.3碳纖維材料與其他加固材料對比 參考文獻(xiàn) 當(dāng)今社會在基礎(chǔ)設(shè)施的管理和新建等各個方面都存在著一個可持續(xù)今后的十年中我國的建筑業(yè)重點將逐步轉(zhuǎn)向已有建筑的修復(fù)加固，此外本文將從混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展史開始，研究剖析混凝土結(jié)構(gòu)的基本性能，混凝土結(jié)構(gòu)的受力特征、混凝土結(jié)構(gòu)的加固方法以及對一些加固方法進(jìn)第一章混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展史及研究意義混凝土結(jié)構(gòu)是一種新興結(jié)構(gòu)，它的應(yīng)用只不過一百多年的歷史，也就是在19世紀(jì)泥和鋼材工業(yè)的發(fā)展?；炷梁弯摬牡馁|(zhì)量不斷改進(jìn)、強(qiáng)度逐步提高。例如在美國20世紀(jì)60年代使用的混凝土抗壓強(qiáng)度平均為28N/mm2,20世紀(jì)70年代提高到42N/mm2,強(qiáng)度最高已達(dá)266N/mm2。前蘇聯(lián)20世紀(jì)70年代使用鋼材平均屈服強(qiáng)度為380MPa,20世紀(jì)80年代提高到420N/mm2;美國在20世紀(jì)70年代鋼材平均屈服強(qiáng)度已達(dá)420了條件，特別是自20世紀(jì)70年代以來，很多國家巳把高強(qiáng)度鋼筋和高強(qiáng)度混凝土用于為改善鋼筋混凝土自重大的缺點，世界各國已經(jīng)大力研究發(fā)展了各種輕質(zhì)混凝土(由膠結(jié)料、多孔粗骨科、多孔或密實的細(xì)骨科與水拌制而成),其干容重一般不大于一般為14～18kN/m3。國內(nèi)常用的強(qiáng)度等級為C20、C30,也可配制C40或更高的強(qiáng)度，其容重一般為12～18kN/m3。由輕混凝土制成的結(jié)構(gòu)自重較普通混凝土可減少20~30%,由于自重減輕，結(jié)構(gòu)地震作用減小，因此在地震區(qū)采用輕質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)可有效地化建筑體系，趨向于做到一件多用或僅用較少幾種類型的構(gòu)件(如梁板合一構(gòu)件、墻柱合一構(gòu)件等)就能建造成各類房屋。實踐充分在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，我國也開始有了鋼筋混凝土建筑物，如上海市的外灘、廣我國20世紀(jì)70年代起，在一般民用建設(shè)中巳較廣泛地采用定型化、標(biāo)準(zhǔn)化的裝配系。各地還研究了框架輕板體系，最輕的每平方米僅為3～5kN。由于這種結(jié)構(gòu)體系的改革開放后，混凝土高層建筑在我國也有了較大的發(fā)展。繼20世紀(jì)70年代北京飯店、廣州白云賓館和一批高層住宅(如北京前三門大街、上海漕溪路住宅建筑群)的興建以后，80年代，高層建筑的發(fā)展加快了步伐，結(jié)構(gòu)體系更為多樣化，層數(shù)增多，高廣場，80層322m高，為框架—筒體結(jié)構(gòu)；香港的中環(huán)廣場達(dá)78層374m,三角形平面筒中筒結(jié)構(gòu)，是世界上最高的混凝土建筑；廣州國際大廈63層199m,是80年代世界力混凝土。如9度抗震設(shè)防、高380m的北京中央電視塔、高405m的天津電視塔、高490m的上海東方明珠電視塔等。建烏龍江大橋，最大跨度達(dá)144m,全長548m。四川滬州大橋，采用了預(yù)應(yīng)力混凝土T形結(jié)構(gòu)，三個主跨為170m,主橋全長1255.6m,引道長達(dá)7000m,是目前我國最長的經(jīng)過近十幾年我國工程建設(shè)的快速發(fā)展以及進(jìn)入WTO的需要，自(GB50068—2001)及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)等。新標(biāo)準(zhǔn)的頒布，性受到影響。我國水泥生產(chǎn)產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/3以上，混凝土工程量在世界上名第二章混凝土結(jié)構(gòu)的概念及特性以混凝土為主要材料制成的結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為混凝土結(jié)構(gòu)。包括(1)素混凝土結(jié)構(gòu)(2)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(3)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(4)纖維混凝土結(jié)構(gòu)(5)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。(1)素混凝土素混凝土是針對鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等而言的。素混凝土(2)鋼筋混凝土當(dāng)在混凝土中配以適量的鋼筋，則為鋼筋混凝土。鋼筋和混凝(3)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土是在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力前，利用張載產(chǎn)生的變形方向相反(習(xí)慣稱為“反拱”),因而可抵銷后者一部分變形，使之容易(4)纖維混凝土結(jié)構(gòu)鋼纖維混凝土是由水泥、水、粗細(xì)骨料、鋼纖維及必要時(5)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土中配置型鋼。所配型鋼的形式鋼筋混凝土梁的破壞特征是受拉鋼筋應(yīng)力先達(dá)到其屈服強(qiáng)度，受壓區(qū)混凝土最后被力大大超過同樣條件的素混凝土梁。鋼筋與混凝土兩種材料共同工作的基礎(chǔ)(或條件)(1)鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)力，使兩者能協(xié)調(diào)變形，共同工作；(2)鋼筋與混凝土兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)很接近。鋼材料為1.2×10-5,混凝土為(1.0~1.5)×10-5。使兩者間的粘結(jié)力免遭破壞。(1)可模性好：新拌和的混凝土是可塑的，可根據(jù)需要設(shè)計制成各種形狀和尺寸(2)整體性好：現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性較好，設(shè)計合理時具有良好的抗震、(3)耐久性好：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很好的耐久性。正常使用條件下不需要經(jīng)常(4)耐火性好：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比具有較好的耐火性。(5)易于就地取材：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所用比重較大的砂、石材料易于就地取材，(1)自重大：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)大，所以自重大，不利(2)由于自重大，使材料運(yùn)輸量增大，給施工吊裝帶來困難。(3)抗裂性能較差：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用時往往是帶裂縫工作的；對一些(4)隔熱、隔聲性能較差；(5)施工比較復(fù)雜：施工受環(huán)境、氣候條件的限制，雨季、冬季施工以及高溫干等第三章混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析3.1結(jié)構(gòu)加固的原則及常用結(jié)構(gòu)加固方法、特點3.1.1結(jié)構(gòu)加固的原則(1)盡可能使加固措施發(fā)揮綜合效應(yīng)，提高加固效率。(2)盡可能保留和利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件，發(fā)揮原結(jié)構(gòu)的潛力，避免不必要的拆除和更換。(3)盡可能減少對建筑物使用功能的影響。(4)避免或盡可能減少設(shè)計方案的負(fù)面效應(yīng)，充分考慮加固措施對結(jié)構(gòu)體系、未加(5)應(yīng)采取可靠措施保證新舊材料的共同工作，盡可能通過合理安排新舊構(gòu)件的拆3.1.2常用結(jié)構(gòu)加固方法、特點(1)預(yù)應(yīng)力加固法預(yù)應(yīng)力加固法是一種采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿(分水平拉桿和組合式拉桿)或型鋼撐(2)增大截面加固法2)加固效果明顯，造價較低；遞和承擔(dān)界面的應(yīng)力(主要是剪力和拉力)。而界面粘結(jié)強(qiáng)度低、離散性大，界面所具(3)外包鋼加固法(4)外部粘鋼加固法彎構(gòu)件及受拉構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)加固，要求環(huán)境溫度不宜超過60℃,相對濕度不宜大于70%,并耐老化性能差、彈性模量低(與混凝土相比)及不耐火等缺點。此外，加固后均還需額(5)增設(shè)支點加固法(6)化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)法丙烯酸甲酯為主劑配制的甲基丙烯酸酯類灌漿材料，它具有可灌性好的特點，能灌入(7)水泥壓漿補(bǔ)強(qiáng)法(8)噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)法噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)法是一種用混凝土噴射機(jī)將混凝土拌合料和水(干噴機(jī))或混凝土(9)粘貼纖維材料加固法加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。結(jié)構(gòu)加固中常用的FRP(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)(10)化學(xué)植筋加固法(11)置換混凝土加固法置換混凝土加固法，是一種傳統(tǒng)的加固方法，常用于混凝土強(qiáng)度等級偏低的混凝3.2混凝土結(jié)構(gòu)加固改造配套技術(shù)1、托換技術(shù)系托梁(或桁架，以下同)拆柱(或墻，以下同)、托梁接柱和托梁換2、植筋技術(shù)系一項對混凝土結(jié)構(gòu)較簡捷、有效的連接與錨固技術(shù)；可植入普通鋼3、裂縫修補(bǔ)技術(shù)根據(jù)混凝土裂縫的起因、性狀和大小，采用不同封護(hù)方法進(jìn)行修5、混凝土表面處理技術(shù)表面修補(bǔ)法是一種簡單、常見的修補(bǔ)方法，它主要適用于6、灌漿、嵌縫封堵技術(shù)灌漿法主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混7、仿生自愈合技術(shù)仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受3.3新型加固方法以用φ4退火鋼絲橫向纏繞構(gòu)件，以提高其強(qiáng)度。根據(jù)梁的受剪區(qū)斜向箍筋受力優(yōu)于豎繞絲加固法是通過纏繞退火鋼絲(采用φ4冷拔鋼絲，間距為5～40mm)使被加固形，其長邊尺寸與短邊尺寸之比，應(yīng)不大于1.5。試驗證明，這一方法不僅對圓柱、方大，對所處環(huán)境空間要求不高，缺點是對矩形截面混凝土構(gòu)件承載力提高不顯著,故粘貼鋼筋加固技術(shù)是指將鋼筋粘貼在構(gòu)件原有配筋表面或粘貼在混凝土內(nèi)部的一—2.5cm深)或鑿槽，將鋼筋粘貼在縫內(nèi)或槽內(nèi)，以達(dá)到加固目的。粘筋加固主要也是通過結(jié)構(gòu)粘接劑傳遞應(yīng)力。粘筋加固具有以下特點：(1)完成加固工作后加固筋處于原構(gòu)件內(nèi)部，因此該技術(shù)是一項內(nèi)加固技術(shù)；(2)基本不加大原構(gòu)件的截面外形足寸和自重；(3)加固筋貼緊或鄰近原有配筋，與原有配筋協(xié)同工作性好；(4)盡可能少損傷原混凝土構(gòu)件。由于粘筋加固的上述特點，主要適用于：(1)原構(gòu)件混凝土遭受碳化或腐蝕，鋼筋嚴(yán)重銹蝕；(2)因荷載改變而造成原配筋不能適應(yīng)受力要求；(3)施工原因造成的配筋位置不當(dāng)。例如：1992年，蘇州變電站混凝土架構(gòu)及其高層走道板的部分構(gòu)件順筋方向脹裂，鑿除保護(hù)層后，在原配筋上粘貼中4鋼筋加固成功；1993年，常州化工廠氯氣車間液化槽支架也采用粘貼中8鋼筋進(jìn)行如固。(3)聚合物浸漬混凝土加固技術(shù)聚合物浸漬混凝土加固技術(shù)是一項純粹的化學(xué)加固技術(shù)，具有：(1)施工過程完全不損傷原混凝土構(gòu)件，不削弱原構(gòu)件承載力，安全可靠；(2)加固材料滲入混凝土內(nèi)部，不存在應(yīng)力滯后問題；(3)不影響原構(gòu)件外形足寸。由于其加固的主要用于提高混凝土強(qiáng)(4)玻璃鋼加固法于50.同濟(jì)大學(xué)王李果對凌璃鋼的試驗研究表明玻璃鋼加固混凝土梁，能較大幅提高梁的剛度及廷性性能，提高其承載力達(dá)2倍以上；清華大學(xué)與冶金工業(yè)部建筑研究總院的第四章碳纖維加固混凝土技術(shù)及應(yīng)用4.1碳纖維材料的發(fā)展與應(yīng)用術(shù)采用的碳素纖維布強(qiáng)度是普通二級鋼的10倍左右。具有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強(qiáng)等優(yōu)點。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構(gòu)件截面，能保證碳素纖維布與碳纖維根據(jù)原料及生產(chǎn)方式的不同，主要分為碳纖維。碳纖維產(chǎn)品包括PAN基碳纖維(高強(qiáng)度型)及瀝青基碳纖維(高彈性型)。僅氧樹脂將碳纖維片粘附于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同碳纖維材料用于土木工程結(jié)構(gòu)加固的研究，開始于20世紀(jì)80年代的美、日等發(fā)達(dá)國家，而我國在20世紀(jì)90年代末才開始涉足這一領(lǐng)域，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的不斷探索，而達(dá)到對建筑物增強(qiáng)加固的目的。碳纖維板一般是在碳纖維材料使用前潤浸環(huán)氧類樹(1)碳纖維是一種線彈性脆性材料，只有當(dāng)構(gòu)件發(fā)生較大變形時，才能充分發(fā)揮其(2)碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)后，容易發(fā)生粘貼剝離破壞，使加固后混凝土結(jié)構(gòu)呈(3)目前對碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載、沖擊荷載作用下受力性(4)對于碳纖維材料加固混凝土梁、柱的抗剪及抗彎加固機(jī)理和計算方法已有了(5)進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料加固時，采用建筑結(jié)構(gòu)膠作為碳纖維復(fù)合材料和混凝土(1)高強(qiáng)高效(2)耐腐蝕性能及耐久性(3)不增加構(gòu)件的自重及體積(4)適用面廣(5)便于施工碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是自20世紀(jì)80年代末90年代CFRP如固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要2種：碳纖維材料與粘貼用樹脂。用于結(jié)構(gòu)加其主要技術(shù)優(yōu)點為：(1)高強(qiáng)高效，能大幅提高混凝土構(gòu)件的承載力和延性；(2)施工鹽；(4)適用面廣，不改變結(jié)構(gòu)尺寸及外觀；(5)施工質(zhì)量易保證；(6)質(zhì)量輕且薄，自重增加少。缺點為：(1)缺乏施工規(guī)范及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；(2)需要全體人員擅長于聚合物減少超載荷載下已有鋼筋中的應(yīng)力。瑞士Gossau市府大廳的混凝土板矩形切割區(qū)周邊須解決2個關(guān)鍵技術(shù)問題：(1)材料開發(fā)；(2)對其各項力學(xué)特性如疲勞性、耐久性、(1)在攪拌混凝土的同時加入短纖維制成碳纖維混凝土，用于新建結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)已應(yīng)(2)長絲制成束狀(棒材)在現(xiàn)澆混凝土中代替鋼筋用于新建結(jié)構(gòu)，主要用于海(3)將碳纖維制成織物(片材),粘貼到混凝土表面用于結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)與加固，是重(4)以碳纖維為組分，以樹脂為基體，通過一定的成型方法形成的單向排列的碳面鋼材高7~10倍，用環(huán)氧樹脂將它與結(jié)構(gòu)物粘貼后形成一體，能可靠地與鋼筋混凝土4.2碳纖維加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國在利用碳纖維加固技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚，發(fā)展卻很迅猛。1997年國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心率先開始了“碳纖維材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)”在加緊研制中；2003年，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碳纖維布加固修(1)研究碳纖維材料(主要為片材或布)(2)研究碳纖維材料加固構(gòu)件的破壞形式和機(jī)理。通過對碳纖維布加固的受彎、受4.3碳纖維材料與其他加固材料對比抗拉強(qiáng)度：碳纖維的極限抗拉強(qiáng)度約為鋼材的10倍。應(yīng)力作用下，疲勞極限僅為靜荷強(qiáng)度的30%～40%。由于纖維與基體復(fù)合可緩和裂紋擴(kuò)展，以及存在纖維內(nèi)力再分配的可能性，復(fù)合材料的疲勞極限較高，約為靜荷強(qiáng)度的70%～80%,并在破壞前有變形顯著的征兆；后，有效粘貼率可達(dá)到95%以上。適用范圍廣?？捎糜诓煌Y(jié)構(gòu)類型(如建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、隧道、涵洞等)、不同結(jié)構(gòu)形狀(如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等)、不同材料的構(gòu)件(如混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)