纤维增强复合材料加固钢结构技术规程 征求意见稿

'《纤维增强复合材料加固钢结构技术规程》征求意见稿中冶建筑研究总院有限公司2013年7月29号1/32 前言根据工信厅科【2011】134号文件的要求，由中冶建筑研究总院有限公司和辽宁建工集团有限公司组织共同编制了本规程。本规程包括总则、术语及符号、材料、设计、施工规定、施工与验收以及附录等内容。本规程是在总结近年来国内各高校和科研单位的研究成果的基础上，结合各设计、施工单位采用纤维增强复合材料进行钢结构加固的实践经验，参考国外相关资料，在试算和调研的基础上编制的。本规程的个别内容涉及专利。涉及发明专利（实用新型专利）的具体技术问题，使用者可直接与本规程主编单位协商处理。本规程的发布机构不承担识别专利的责任。本规程由中冶建筑研究总院有限公司负责解释。请将意见寄送北京市海淀区西土城路33号院2号楼322室，李彪和杨勇新收，邮编：100088，或发送邮件至no_1libiao@163.com）。主编单位：中冶建筑研究总院有限公司，辽宁建工集团有限公司参编单位：清华大学，香港理工大学，哈尔滨工业大学，大连理工大学，广东工业大学，四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司，安徽梦谷纤维材料科技有限公司，武汉大学，上海大学，中南大学，西南科技大学，四川省建筑科学研究院，山东省水利科学研究院，成都嘉崇建筑工程有限责任公司和江苏恒神纤维材料有限公司主要起草人：杨勇新，岳清瑞，李季，平玉柱，咸贵军，冯鹏，毛星明，滕锦光，赵晓林，卢亦炎，邓军，陈光明，钱立兵，贾彬，郑云，王言磊，欧阳煜，杨骁，周朝阳，何俊，李彪，鲜平，王明森，高印军，易明，廉杰，张龑华。2013年5月29日2/32 目次1总则...................................................................................................................................42术语、符号...........................................................................................................................52.1术语........................................................................................................................52.2符号........................................................................................................................63材料.....................................................................................................................................103.1一般规定.................................................................................................................103.2纤维.........................................................................................................................103.3树脂.........................................................................................................................113.4FRP板......................................................................................................................123.5防护材料.................................................................................................................134设计计算方法.....................................................................................................................144.1一般规定.................................................................................................................144.2受拉构件加固.........................................................................................................144.3轴压构件加固.........................................................................................................154.4工字型钢梁受弯加固.............................................................................................174.5钢管加固与修复.....................................................................................................174.6抗疲劳加固.............................................................................................................245施工规定...........................................................................................................................275.1一般规定.................................................................................................................275.2施工过程.................................................................................................................275.3安全措施.................................................................................................................286检验与验收.........................................................................................................................296.1检验........................................................................................................................296.2验收........................................................................................................................29附录A加固系数..........................................................................................................313/32 1总则1.0.1为使采用纤维增强复合材料（FiberReinforcedPolymer，以下简称FRP）加固修复钢结构技术做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量，特制定本规程。1.0.2本规程适用于房屋和一般构筑物的钢结构加固修复设计、施工和验收；其它工程中钢结构的加固修复，可参照本规程的有关规定执行。1.0.3采用FRP加固修复钢结构的材料、设计、施工及验收，除应符合本规程的规定外，尚应遵守国家现行有关标准的规定。1.0.4采用FRP加固修复的钢结构，长期使用环境温度不宜高于60℃。对处于腐蚀、放射或高温等特殊环境下的钢结构采用FRP进行加固修复时，还应遵守相应的国家现行有关标准和规范的规定，并应采取相应的防护措施。1.0.5采用纤维增强复合材料加固修复钢结构前，应按照国家现行有关标准对原有结构进行检测和技术鉴定或评估。4/32 2术语、符号2.1术语2.1.1纤维fiber统指土木工程中所采用的各类高性能纤维，其种类主要为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维等几类。2.1.2纤维布fibersheet纤维布为高性能纤维的一种制品形式，包括单向、双向或多向等纤维织物。按所用纤维的种类分为碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布和玄武岩纤维布等。本规范中的纤维布一般是指单向纤维布。2.1.3FRP板FRPlaminate单向或多向连续纤维束或布与树脂材料通过拉挤等工艺制备的板状制品。2.1.4底层树脂Primer加固时用于基底处理的树脂材料。2.1.5找平材料puttyfillers用于钢结构表面找平处理的材料。2.1.6浸渍树脂saturatingresin加固时用于粘贴并浸透纤维布的树脂材料。2.1.7结构胶粘剂用于粘接FRP板与钢结构、并能够承受长期设计应力与服役环境作用的胶粘剂。5/32 2.2符号2.2.1材料性能E——钢材的弹性模量；sE——FRP的弹性模量；fE——粘结材料层的弹性模量；aG——结构胶粘剂的剪切模量；(EI)s——钢构件截面抗弯刚度；(EI)fill——填充材料截面抗弯刚度；(EI)frp——FRP部分截面抗弯刚度；ffd——FRP的强度设计值；ffk——FRP的强度标准值；f——钢材的强度设计值；fy——钢材的屈服强度；ε——钢梁截面上翼缘受压区边缘的应变；s,cε——钢梁截面下翼缘受拉区边缘的应变；s,tε——钢梁截面距上翼缘受压区边缘h处的应变；s,iiε——FRP片材厚度中间的应变；frpfrpl,d——达到受弯承载力极限状态时，受拉FRP材料的拉应变设计值；——FRP片材的极限应变设计值；frp,rup,d——发生中部剥离破坏FRP片材的应变设计值；frp,I,d——为考虑工字型截面钢梁的塑性发展高度限制所对应的FRP片材的应frp,p,d变设计值；——是受力状态下工字钢受拉底部边缘的初始应变；t,i——粘结材料的极限抗拉强度。a,rup2.2.2作用、作用效应及承载力P——设计内压力；N——轴心压力（拉力）设计值；0——考虑二次受力因素，加固前构件中的名义应力；6/32 ——纤维布沿纤维方向的抗拉强度；f,1——FRP套管环向抗拉强度；f,2σ——FRP片材的平均应力；frpσ——钢梁截面距上翼缘受压区边缘h处的应力；s,ii——许用应力；σ——焊接部位为应力幅；σ——钢构件加固后计算部位每次应力循环中的最大拉应力（取正值）；maxσ——钢构件加固后计算部位每次应力循环中的最小拉应力或压应力（拉应min力取正值，压应力取负值）；σ——容许应力幅；M0,V0——分别为FRP端部位置加固钢梁的弯矩和剪力。2.2.3几何参数D——钢管外径；——压力钢管公称壁厚；t——纤维布设计厚度；t——纤维布单层厚度；layL——管道轴向纤维布修复长度；L——损伤长度；dL——搭接长度；0t——纤维布层总厚度；f,1t——FRP套管壁厚；f,2h——梁截面高度；h——梁内任意一点距上翼缘受压区边缘的高度；ih——梁截面受压区内的塑性发展高度；ch1——加固构件弱轴方向截面高度；7/32 L1——加固构件长度；x——梁中性轴高度；b——梁上翼缘板的宽度；f1b——梁下翼缘板的宽度；f2b——FRP片材的宽度；frpt——截面受压上翼缘的厚度；f1t——截面受拉下翼缘板厚度；f2t——梁腹板的厚度；wt——粘结材料的厚度；at——FRP的厚度；frpb——FRP的加固宽度；Af——FRP截面面积；A——钢构件的截面面积；sAn——钢构件净截面面积；Zs——钢梁中性轴到梁底部的距离；Is,If——分别为钢构件，FRP的截面惯性矩。2.2.4计算系数及其他f——FRP的强度分项系数；e——FRP的环境影响系数；——加固后构件的轴压稳定系数；n——加固构件的正则化长细比；——加固系数；——剥离破坏的分项系数；debondfill——填充材料参与系数；——加固段长度与构件总长度的比值；——加固后截面抗弯刚度与加固前截面刚度的比值；8/32 n——纤维布设计层数。9/32 3材料3.1一般规定3.1.1用于钢结构加固的材料主要包括纤维、树脂、FRP、结构胶粘剂及表面防护材料。3.1.2纤维是指碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等高性能连续纤维。3.1.3树脂是指用于配制或制备底层树脂、找平材料、浸渍树脂、结构胶粘剂、FRP及防护材料的聚合物。3.1.4一般情况下，FRP及树脂体系的长期使用温度不宜高于60℃。对高温环境（大于60℃），FRP及相应结构胶粘剂应采用耐高温树脂，且应保证使用温度不高于（Tg-30）℃。3.1.5当采用FRP进行抗腐蚀防护时，应根据腐蚀环境条件选用具有特定耐腐蚀性能的树脂。3.2纤维3.2.1碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维应符合国家现行的有关产品标准的规定。3.2.2用于制备FRP的纤维必须为连续纤维束或连续纤维束纺织布，纤维表面上浆剂应与所增强的树脂基体匹配，其性能应符合国家现行产品标准规定。3.2.3用于粘贴加固的纤维布主要力学性能指标满足表3.2.3的规定。纤维布抗拉强度标准值应具有95％的保证率，弹性模量和伸长率应取平均值。表3.2.3纤维布的主要力学性能指标抗拉强度标准值纤维布类型和等级弹性模量（GPa）延伸率（%）（MPa）I级≥2500≥210≥1.3高强度型碳纤维布II级≥3000≥210≥1.4III级≥3500≥230≥1.5高弹性模量型碳纤维布≥2900≥390≥0.7玻璃纤维布I级≥1500≥75≥2.010/32 II级≥2500≥80≥2.3芳纶布≥2000≥110≥2.0玄武岩纤维布≥2000≥90≥2.03.3树脂3.3.1结构胶粘剂、浸渍树脂、FRP拉挤板材树脂基体宜采用环氧树脂或乙烯基聚酯。其它高性能树脂基体（如聚氨酯等），在满足FRP力学性能与长期服役性能要求的前提下，可以用于浸渍树脂及FRP板材的制备。3.3.2用于钢结构加固的树脂体系（包括底层树脂、浸渍树脂、结构胶粘剂等）应相互适配，避免不同树脂体系相互间化学反应发生冲突，影响材料的性能与施工性能。3.3.3用于纤维布浸渍的树脂性能应满足表3.3.3规定。表3.3.3浸渍树脂性能指标性能指标检测标准0混合后初粘度（25C时）≤20000MPasGB/T12007.4触变指数≥1.7GB/T27940适用期（25C时）≥40minGB/T7123.10凝胶时间（25C时）≤12hGB/T12007.7拉伸强度≥30MPaGB/T2568拉伸弹性模量≥1500MPaGB/T2568伸长率≥1.8％GB/T2568抗压强度≥70MPaGB/T2569抗弯强度≥40MPaGB/T2570拉伸剪切强度≥14MPaGB/T7124层间剪切强度≥35MPaGB/T506080玻璃化温度≥60CGB/T22567-20083.3.4用于粘贴FRP板的结构胶粘剂性能应满足表3.3.4规定。11/32 表3.3.4结构胶粘剂的性能指标性能指标检测标准0适用期（25C时）≥40minGB/T7123.10凝胶时间（25C时）≤12hGB/T12007.7拉伸强度≥25MPaGB/T2568拉伸弹性模量≥2500MPaGB/T2568抗压强度≥70MPaGB/T2569抗弯强度≥30MPaGB/T2570拉伸剪切强度（钢－钢）≥15MPaGB/T7124对接接头拉伸强度（钢－钢）≥25MPaGB/T63290玻璃化温度≥60CGB/T22567-20083.3.5找平胶材料性能应满足表3.3.5要求。表3.3.5找平材料性能指标项目性能指标o适用期（25C）≥40mino凝胶时间（25C）≤12h3.3.6浸渍树脂和环氧树脂粘结剂的拉伸剪切强度（钢－钢），经2000小时的湿热循环加速老化后降低不应大于20%。3.4FRP板3.4.1FRP板的质量应符合国家现行有关产品标准的规定。3.4.2FRP板的主要力学性能指标应满足表3.4.2规定。抗拉强度标准值应具有95%保证率，弹性模量与伸长率应取平均值。表3.4.2FRP板的拉伸性能指标抗拉强度标准值纤维板类型弹性模量（GPa）伸长率（%）（MPa）高强度I级CFRP板≥2000≥130≥1.3高强度II级CFRP板≥2400≥140≥1.612/32 高模量CFRP板≥1500≥460≥0.3GFRP板≥800≥40≥2.0BFRP板≥1500≥58≥2.63.4.3FRP板环境影响系数（e）见表3.4.3。表3.4.3FRP板的环境影响系数环境条件FRP类型eCFRP1.0BFRP1.0室内环境AFRP1.2GFRP1.25CFRP1.1BFRP1.2一般室外环境AFRP1.3GFRP1.4CFRP1.2海洋环境BFRP1.2侵蚀性环境AFRP1.5GFRP1.6（强碱环境中取2.0）3.5防护材料3.5.1对加固修复完的结构表面应进行防护处理，防护材料应与粘结材料可靠粘结。3.5.2当被加固结构处于高温、高湿、强辐射、腐蚀等环境时，应根据具体环境条件选择有效的防护材料，相应防护材料与处理方法应使加固后建筑物符合国家现行有关规范要求。13/32 4设计计算方法4.1一般规定4.1.1加固后结构应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算，承受动力荷载构件或连接件，还应进行疲劳验算。4.1.2被加固结构的原承载力设计值不应低于其荷载效应准永久组合值。加固结构的局部时应考虑并避免对其他构件、节点或构件其他性能产生的不利影响。4.1.3当钢结构已受腐蚀或者处于腐蚀环境时，可采用FRP进行抗腐蚀加固。4.1.4当采用表面粘贴加固时，应对钢结构表面进行处理保证FRP与钢材粘结可靠。4.1.5FRP的强度设计值按下式确定：ffkffdfe（4.1.5）式中：ffd——FRP的强度设计值ffk——FRP的强度标准值，f——FRP的强度分项系数，粘贴纤维布取1.4，工厂预制的FRP制品取1.25；e——FRP的环境影响系数，按照表3.4.3取值。4.2受拉构件加固4.2.1通过表面粘贴纤维布可加固的轴心受拉钢构件，当破坏形态为拉断时，承载力按照式（4.2.1）计算：NminfAnfEfAf，1.5fAn（4.2.1-a）fy0fE（4.2.1-b）sAn——钢构件净截面面积；Af——轴向布置的FRP净截面面积；0——考虑二次受力因素，加固前构件中的名义应力；14/32 fy—钢材的屈服强度。f—钢材的强度设计值。4.2.2表面粘贴纤维布应沿构件周边均匀、对称布置，不应使加固后构件的形心改变。4.2.3表面粘贴纤维布应采用横向粘贴加强或机械锚固加强避免FRP与钢构件之间发生剥离。4.3轴压构件加固4.3.1对于轴心受压稳定承载力不足的钢构件可采用以下方法加固：（1）钢构件外套FRP管并在管与钢构件间填充砂浆（如图4.3.1-a）；（2）采用轻质材料夹紧钢构件形成更大的截面，在轻质材料外粘贴纵向纤维布并缠绕横向纤维布（如图4.3.1-b）。（a）（b）图4.3.1加固后构件横截面示意图加固后的钢构件的稳定性应按下式设计：N1.1f(4.3.1-1)As式中N——轴心压力设计值；As——被加固钢构件的截面面积；——加固后构件的轴压稳定系数，按照下式计算：210.2151nn12222(4.3.1-2)223nn23nn4nn0.2152n15/32 其中：n——加固构件的正则化长细比，按式(4.3.1-3)确定：Lfy(4.3.1-3)n(EI)s、、——计算系数，按截面类型，根据表4.3.1-1取值。123(EI)s——钢构件截面抗弯刚度；——加固系数，当采用构件全长加固时按(4.3.1-4)计算，非全长加固时按附录A确定。nm(4.3.1-4)其中：m、n——计算系数，按表4.3.1-2取值。表4.3.1-1系数1、2、3截面类别123a类0.410.9860.152b类0.650.9650.300n1.050.9060.595c类0.731.051.2160.302nn1.050.8680.915d类1.351.051.3750.432n表4.3.1-2m、n取值系数两端铰接一端固接一端铰接两端固接m1.02.14.1n0.980.830.68为加固后截面抗弯刚度与加固前截面刚度的比值，按式(4.3.1-5)计算16/32 (EI)0.6[(EI)(EI)]sfillfillfrp(4.3.1-5)(EI)s(EI)fill——填充材料截面抗弯刚度；(EI)frp——FRP部分截面抗弯刚度；fill——填充材料参与系数，砂浆填充为1.0，竹丝等轻质材料填充取0.2。4.3.2对钢构件外套FRP管为开口截面拼合而成时，需在FRP管全长用纤维布沿环向进行包裹，包裹厚度可按下式计算应满足：f,2ttff,1,2(4.3.2-1)f,1式中f,1——纤维布沿纤维方向的抗拉强度；f,2——FRP套管环向抗拉强度；tf,1——纤维布层总厚度；tf,2——FRP套管壁厚。加固中采用的FRP的纵向强度应满足20.03h1f，1(4.3.2-2)L1h1——加固构件弱轴方向截面高度L1——加固构件长度4.3.3采用FRP加固后，构件重量和刚度增加可能引起结构内力重分布，应对此影响进行考虑，并对节点连接的承载力进行复核。4.4工字型钢梁受弯加固4.4.1在受弯构件受拉区粘贴FRP可提高极限承载力，计算采用以下基本假定：（1）受弯构件截面保持平截面；（2）钢材的应力-应变关系为理想弹塑性关系；（3）FRP在受拉状态下保持线弹性，FRP片材的拉应力应取等于FRP片材的17/32 拉应变与其弹性模量的乘积，且不应超过本规程规定的FRP抗拉强度设计值（即EE）。frpfrpfrpfrpfrp,rup,d4.4.2加固后构件的受弯承载力应按下列规定计算：（1）工字型截面钢梁在受拉翼缘外侧粘贴FRP片材进行抗弯加固时，截面的应力和应变分布如图4.4.2：图4.4.2截面应变和应力沿梁高的分布其中：h——梁截面高度；h——梁内任意一点距上翼缘受压区边缘的高度；ih——梁截面受压区内的塑性发展高度；cx——梁中性轴高度；b——梁上翼缘板的宽度；f1b——梁下翼缘板的宽度；f2b——FRP片材的宽度；ft——截面受压上翼缘的厚度；f1t——截面受拉下翼缘板厚度；f2t——梁腹板的厚度；wt——粘结材料的厚度；at——FRP片材的厚度；frp18/32 ε——钢梁截面上翼缘受压区边缘的应变；s,cε——钢梁截面下翼缘受拉区边缘的应变；s,tε——钢梁截面距上翼缘受压区边缘h处的应变；s,iiε——FRP片材厚度中间的应变；frpσ——FRP片材的平均应力；frpf——钢材的屈服强度；yσ——钢梁截面距上翼缘受压区边缘h处的应力。s,ii（2）钢梁截面上、下翼缘边缘及距上翼缘受压区边缘h处的应变、FRP片i材应变ε以及中性轴高度x有以下关系：frpxs,cfrptfrphtx（4.4.2-1）a2hxs,tfrptfrphtx（4.4.2-2）a2hxis,ifrptfrphtx（4.4.2-3）a2ffffyyyytbf1f1hctf1twhtf22xhtcwtbf2f2frpl,dEbtffrpfrp0（4.4.2-4）RRRRε为达到受弯承载力极限状态时，受拉FRP材料的拉应变设计值，由式（4.4.2-6）frpl,d求得；为钢结构的抗力分项系数，对Q235钢，取1.087，对Q345、Q390RR及Q420钢，取1.111。R（3）工字型截面钢梁在受拉翼缘外侧粘贴FRP片材进行抗弯加固时，应按下列公式计算正截面受弯承载力：fyhtf1fyhhctf12fy2fyhctf2fyhtf2Mu,dtb(f1f1)twhctf1()twxhctwhhctf22x(x)tb(f2f2)22322RRRRRhtfrpEbt(t)frpl,dffrpfrpa2（4.4.2-5）19/32 （4）达到受弯承载力极限状态时，受拉FRP材料的拉应变设计值，可由下式确定：frpl,dminfrp,rup,d,frp,I,d，frp,p,d(4.4.2-6)为FRP片材的极限应变设计值，由下式确定：frp,rup,dffk(4.4.2-7)frp,rup,dEfef其中，f为FRP片材的强度标准值；E为FRP片材的弹性模量。fkf为发生中部剥离破坏FRP片材的应变设计值，由下式确定：frp,I,d2t=17a,rupa(4.4.2-8)frp,I,dEEtdebondaffrp是剥离破坏的分项系数，为1.25，为粘结材料的极限抗拉强度(MPa)，debonda,rupb、E、t分别是FRP片材的宽度(mm)、弹性模量（MPa）和厚度(mm)，t、Efrpffrpaa为粘结材料层的厚度(mm)与弹性模量(MPa)。为考虑工字型截面钢梁的塑性发展高度限制所对应的FRP片材的应变设计frp,p,d值,由下列公式确定：当x0.5h时，ht0.5txfafrpy(4.4.2-9)εfrp,p,d(1)hxERs当x0.5h时ht0.5txfafrpy(4.4.2-10)εfrp,p,dx(1)hERs式（4.4.2.9）（-4.4.2.10）中,h为工字型钢梁截面塑性发展高度，系数取0.125，th，th三者较大值，即：f1f2max0.125,tf1h,tf2h(4.4.2-11)（5）当工字型钢梁在受力状态下粘贴FRP加固时，受弯承载力仍可按公式（4.4.2.4）-(4.4.2.5)计算确定，这时FRP片材的应力应该由以下公式确定：0（）frpt,ifrp(4.4.2-12)Efrpfrpt,iEfrpfrpl,d（frpt,i）其中，是受力状态下工字钢受拉底部边缘的初始应变。t,i20/32 4.4.3受拉翼缘外侧粘贴FRP片材抗弯加固时，应该限制FRP片材端部剥离的脆性破坏模式，设计破坏模式应该为延性较大的中部弯曲引起的剥离破坏或FRP拉断破坏。为了限制端部破坏，FRP片材的最小粘贴长度应该大于或等于二倍有效粘贴长度L，有效粘贴长度可以按下列公式确定：ea,rupL19Ett(4.4.3)effrpaEa4.4.4受拉翼缘外侧粘贴FRP片材抗弯加固时，应按照《钢结构设计规范》GB50017的有关规定验算整体稳定、钢梁翼缘和腹板的局部稳定，上述验算中不考虑FRP片材的贡献，但是在分析截面的应力分布时，需要考虑FRP的影响。4.4.5工字型钢在受拉翼缘外侧粘贴FRP片材抗弯加固时，应按照《钢结构设计规范》GB50017的有关规定验算构件的变形能力，验算时假设FRP与工字型钢完全共同工作，考虑FRP片材对构件刚度的贡献。4.4.6工字型钢梁在受拉翼缘外侧粘贴FRP片材抗弯加固时，宜采用下述措施限制FRP片材端部剥离破坏：（1）对简支钢梁，需将FRP片材端部尽量延伸至梁端弯矩小的区域（如离开支座20mm）；对连续钢梁，需将FRP片材端部延伸至梁反弯点外至少Lbond的长度,Lbond取二倍的有效锚固长度（2Le）与150mm的较大值；（2）给FRP片材端部施加机械锚固（例如FRP片材包裹FRP布）。本规程建议采用端部包裹FRP布来限制FRP片材端部剥离破坏。包裹FRP布的宽度及轴o向刚度（Etb）与FRP片材相同，FRP布纤维方向应与梁轴向呈45，覆盖frpfrpfrp钢梁受拉翼缘端部下表面并延伸包裹至受拉翼缘上表面,如图4.4.6所示。跨中截面FRP布FRP片材45°21/32 工字型钢梁透视图45°FRP片材bfrpbfrpFRP布45°工字型钢梁底图图4.4.6FRP片材端部包裹FRP布示意图（3）使粘结剂在FRP片材端部形成突出的圆角并过渡粘贴于钢梁上，以减少集中应力；（4）FRP片材端部加工坡口。4.5钢管加固与修复4.5.1一般规定4.5.1.1对于钢管的管壁腐蚀、焊缝过火缺陷和机械损伤等工况，而且损伤深度不超过管道名义厚度的80%时，可以采用粘贴纤维布的方式进行加固修复。4.5.1.2对钢管进行加固时采用外壁沿环向缠绕粘贴纤维布的方式（如图4.5.1.2）。对于压力钢管需卸压后进行加固修复。图4.5.1.2纤维布加固钢管粘贴方式4.5.1.3本规程适用于《输送流体用无缝钢管》GB/T8163、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》GB/T9711.1、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B级钢管》GB/T9711.2中规定的钢管种类。4.5.2加固设计22/32 4.5.2.1采用纤维布对钢管进行加固时，应采用以下基本假定：（1）钢材的应力-应变关系为理想弹塑性关系；（2）FRP片材在受拉状态下保持线弹性，FRP片材的拉应力应取等于FRP片材的拉应变与其弹性模量的乘积，且不应超过本规程规定的FRP片材抗拉强度设计值。4.5.2.2纤维布设计厚度应按下式计算：EsPDtsEf2（4.5.2.2）式中t——纤维布设计厚度；P——设计内压力；D——钢管外径；——许用应力，按现行国家标准《输油管道工程设计规范》GB50253的规定采用；E——钢材的弹性模量；sEf——纤维布主纤维方向的弹性模量；——压力钢管管壁最小厚度,即钢管公称外径与缺陷深度之差。s4.5.2.3纤维布层数应按式（4.5.2.3）计算，取整确定：tntlay（4.5.2.3）式中n——纤维布设计层数，不少于2层；t——纤维布单层厚度。lay4.5.2.4纤维布沿轴向修复长度应按下列公式（4.5.2.4）计算(图4.5.2.4)：LL2Ld0（4.5.2.4）23/32 图4.5.2.4纤维布沿轴向修复长度式中L——管道轴向纤维布修复长度；L——损伤长度；dL——搭接长度，不少于100mm。04.5.2.5环向纤维布上下层之间的搭接宽度不应小于50mm，纤维布环向截断点的延伸长度不应小于200mm，且各条带搭接位置应相互错开。4.6抗疲劳加固4.6.1当承受动力荷载的钢结构构件或连接件的疲劳承载力不满足要求，或已达到设计疲劳寿命，但尚未出现疲劳裂纹时，可采用FRP进行抗疲劳加固。4.6.2对于已出现疲劳裂纹的构件，应对疲劳裂纹修复后再采用FRP进行加固，并应进行充分的试验验证和研究。4.6.3平整的加固面宜采用FRP板进行加固，并宜采用双面粘贴的加固方式；焊缝等不平整的加固面宜采用纤维布进行加固。4.6.4进行抗疲劳加固设计时，宜采用高弹性模量的CFRP片材，粘贴的FRP片材纤维方向宜垂直于构件既有裂纹的扩展方向或平行于应力集中处的主拉应力方向。4.6.5加固后的钢构件应按下式进行疲劳验算：(5.7.5-1)其中：—焊接部位为应力幅，，非焊接部位为折算应力幅，，24/32 —钢构件加固后计算部位每次应力循环中的最大拉应力（取正值）—钢构件加固后计算部位每次应力循环中的最小拉应力或压应力（拉应力取正值，压应力取负值）；2[]—容许应力幅（N/mm）,常幅疲劳按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的式（6.2.1-2）计算。4.6.6FRP应根据本规范进行端部锚固，同时加固构件粘结胶层的最大主应力应小于结构胶粘剂拉伸剪切强度（钢-钢）设计值的30%。双面粘贴加固轴心受拉钢板的最大主应力可按式（4.6.6.1）进行计算；底部粘贴加固受弯钢梁的最大主应力可按式（4.6.6.2）进行计算。NEA1ff（4.6.6.1）1maxbEA2EAfssffGb21f式中4()1tEIEIassffN—加固构件的拉力；bf—FRP的加固宽度；Es,Ef—分别为钢构件，FRP的弹性模量；As,Af—分别为钢构件，FRP的截面积；Is,If—分别为钢构件，FRP的截面惯性矩；ta—粘结层厚度；G—结构胶粘剂的剪切模量。maxmax22()（4.6.6.2）1maxmax22G2式中MVmax200tbbaf3f3EbtGaffrpt4Mmaxfrpmax204tEI2taffaZs2EIss25/32 (Zt/2)Z11sfrps3EIEAEAssssffM0,V0—分别为FRP端部位置加固钢梁的弯矩和剪力；Zs—钢梁中性轴到梁底部的距离；tfrp—FRP的厚度。26/32 5施工规定5.1一般规定5.1.1粘贴纤维增强复合材加固钢结构时，应由熟悉该技术施工工艺的专业施工队伍完成，并应有加固修复方案和施工技术措施。5.1.2施工温度和湿度应处于配套树脂材料规定的使用温度和湿度范围内。5.1.3配制粘结材料时应按产品使用说明中规定的配比称量，用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内及搅拌器上不得有油污及杂质。粘贴时，应按使用要求严格控制时间。5.2施工过程5.2.1施工前应准备好加固使用的纤维布、FRP板、配套粘结材料、施工机具等。纤维布、FRP板和配套粘结材料应具有产品合格证、检测报告；配套粘结材料还应具有使用说明。5.2.2应认真阅读加固设计施工图并应根据结构加固的特点、施工工艺要求、施工现场和被加固钢结构的实际状况，拟定施工方案和施工计划。5.2.3钢结构表面应进行除油污、除锈蚀处理，粘贴前用溶剂清洗，尽快开始粘贴工序。5.2.4当钢结构表面存在宏观裂纹时，应在裂纹尖端约2mm区域钻止裂孔；当截面较厚时，可采用喷砂的方法处理。5.2.5粘贴施工应遵循下列工序进行；（1）按照加固设计方案，在加固构件的表面放线定位并进行表面处理；（2）按照设计尺寸裁剪纤维布或FRP板；（3）采用纤维布加固时，配置并涂刷底层树脂，采用滚筒均匀涂刷，待指触干燥后可进行下一工序；（4）配置找平材料并修补损伤处，修补处应平整、无毛刺，待找平材料指触干燥后可进行下一工序；（5）配置并涂刷浸渍树脂，采用滚筒将浸渍树脂均匀涂刷于粘贴部位；27/32 （6）粘贴纤维布或FRP板；（7）多层粘贴时，重复5,6步骤，在最后一层纤维布的表面均匀涂刷浸渍树脂。采用FRP板加固时，步骤（3）（4）（5）合并为一步，即配置并涂刷结构胶黏剂。5.2.6防护施工应在加固粘结材料完全固化后进行。当需要防护时，应按照现行有关标准定规定处理，并保证防护材料与纤维复合材可靠粘结。5.3安全措施5.3.1FRP及其配套的粘结材料应采取措施保证安全，配套的粘结材料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。碳纤维增强复合材料应远离电气设备及电源，或采取可靠的防护措施。5.3.2配套的粘结材料配制和使用场所应保持通风良好。5.3.3现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。28/32 6检验与验收6.1检验6.1.1对纤维增强复合材料、结构胶粘剂等原材料的质量标准和检验、试验方法，凡本规程有规定者，应按本规程执行；如本规程没有规定者，应按现行有关国家标准执行。6.1.2纤维增强复合材料和配套胶粘剂应按工程用量一次进场到位。进场时，应会同监理单位对产品合格证、产品质量出厂检验报告和包装完整性进行检查。同时，应对产品的安全性能进行见证抽样复检,复检结果应符合本规程第3章的相关规定,质量不合格者，一律不得使用。6.1.3过程质量检查与控制，采用纤维片材及配套树脂类粘结材料对钢结构进行加固修复属隐蔽工程，应严格按照本规程第5章有关条款进行施工。上一道工序经检查合格后，方可进行下一道工序的施工。如施工质量不能满足本规程第5章有关条款要求时，应立即采取补救措施或返工。施工过程中，应有专门人员负责质量检查并做详细记录。6.1.4纤维增强复合材料的实际粘贴面积不应少于设计面积，与设计要求的位置相比，其中心线偏差不应大于10mm。6.1.5纤维布与钢材之间的粘接质量可用锤击法或其他有效探测法进行检查，总2有效面积不应小于总粘结面积的95%。如单个空鼓面积不大于10000mm，允许2采用针管注胶法进行修补；如单个空鼓面积大于10000mm，应将空鼓处的纤维增强复合材料割除，重新搭接并粘贴等量纤维增强复合材料。重新粘贴时，其受力方向（顺纹方向）每端的搭接长度不应小于200mm；如粘贴层数超过3层时，该搭接长度不应小于300mm，对于非受力方向（横纹方向），每边的搭接长度可取为100mm。6.2验收6.2.1纤维增强复合材料加固修复钢结构工程的竣工验收程序和组织应按照《建29/32 筑工程施工质量验收统一标准》和《建筑结构加固工程施工质量验收规范》的相关规定进行。6.2.2验收人员应由行业主管部门、质量监督部门、建设或管理单位、设计单位、监理单位、施工单位等人员组成，成立验收委员会或验收小组。6.2.3纤维增强复合材料加固修复钢结构工程子分部工程竣工验收应符合下列规定：1子分部工程所含的各分项工程的质量均应验收合格；2质量控制资料应完整；3涉及安全的见证检验项目，其抽检结果应符合本规程和相关国家现行规范合格质量标准的要求；4观感质量验收应符合要求。6.2.4纤维增强复合材料加固修复钢结构工程验收应具备以下基本资料：1工程概况及钢结构鉴定或评估报告；2设计文件，包括加固修复方案可行性、可靠性和经济合理性的论证、设计图纸和设计说明书、质量检验方法、概预算、施工和管理问题说明等；3施工资料，包括施工组织设计、施工工艺及过程质量控制记录、隐蔽验收记录、材料和工程量统计、加固修复后图纸、施工管理工作报告等；4监理资料，过程控制记录；监理管理工作报告等；5原材料检验报告、粘接强度试验报告和现场质量检验报告等。6.2.5纤维增强复合材料加固修复钢结构工程施工质量不合格时，应由施工单位返工重做，并重新检查、验收。若通过返工后仍不能满足安全使用要求的加固修复工程，严禁验收。30/32 附录A加固系数本附录适用于非全长加固轴心受压构件的加固系数计算。A.1系数为加固段长度与构件总长度的比值.A.2系数为加固后截面抗弯刚度与加固前截面刚度的比值，按式(4.3.1-5)计算。A.3根据系数和系数的数值查表A-1、表A-2和表A-3确定的取值。表A-1加固系数两端铰接11.52357101520300.51.001.371.682.132.693.003.273.503.623.740.551.001.401.752.303.023.463.844.184.364.550.61.001.431.812.463.393.994.565.075.355.640.651.001.451.872.613.784.615.446.246.697.170.71.001.471.912.744.155.276.507.798.559.370.751.001.481.952.854.485.907.659.7311.0912.660.81.001.491.972.924.736.418.7011.8814.3117.530.851.001.501.992.974.886.759.4513.6517.4323.690.91.001.502.002.994.976.939.8414.6219.2928.25表A-2加固系数一端铰接，一端固接11.52357101520300.52.052.552.953.514.144.464.714.925.025.1231/32 0.552.052.603.063.754.595.045.425.725.886.030.62.052.653.174.005.105.766.326.797.037.270.652.052.703.264.235.666.607.488.248.639.020.72.052.743.354.446.207.528.9010.2010.8911.590.752.052.783.444.636.678.4010.4712.7614.1115.510.82.052.833.534.817.079.1211.8615.5918.3221.560.852.052.883.635.007.459.6912.8717.7622.1729.370.92.052.933.755.267.9210.3413.7619.1824.4034.42表A-3加固系数两端固接11.52357101520300.54.004.955.817.329.6111.1212.5113.6914.2914.880.554.004.955.837.4310.0912.1014.1516.0417.0220.610.64.004.955.837.4610.3612.8115.6718.7020.3922.080.654.004.965.847.4610.4613.1816.7421.2524.2227.410.74.004.995.877.4810.4713.2917.2322.9927.6433.770.754.005.055.957.5610.5013.3017.3223.6729.5039.310.84.005.156.107.7510.6713.4017.3523.7529.9441.680.854.005.296.358.1311.1213.8217.6823.9029.9941.950.94.005.486.738.8212.1514.9818.8724.9630.8742.4532/32'