摘要：碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一項新興的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，由于碳纖維材料的輕質(zhì)、耐腐、高強(qiáng)及施工便利，在加固領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。本文從碳纖維加固結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性出發(fā)，對碳纖維布加固鋼筋混凝土的理論進(jìn)行了分析，并就碳纖維加固在建筑物中加固設(shè)計的注意事項做了闡述。

　　關(guān)鍵詞：碳纖維增強(qiáng)塑料、鋼筋混凝土、加固

　　Abstract: Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) reinforced concrete structure repair technology is a new structure strengthening technology, because the carbon fiber materials, light weight, high strength and corrosion resistance, construction is convenient, in the reinforcement areas to be a lot of application. This paper, from the carbon fiber reinforced the superiority of the structure of reinforced concrete of the CFRP reinforced the theory analysis, and the carbon fiber reinforced in building in the strengthening design matters needing attention of the paper.

　　Keywords: carbon fiber reinforced plastics, reinforced concrete and reinforcement

　　中圖分類號：TV331         文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A               文章編號：

　　引言

　　混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固中，加固方法的選擇，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)功能要求、結(jié)構(gòu)所處的具體條件以及經(jīng)濟(jì)合理等因素進(jìn)行綜合分析決定。

　　工程中常用的加固方法可以歸納為直接加固法和間接加固法兩類。其中，直接加固法就是通過一些技術(shù)措施，直接提高構(gòu)件的剛度和承載能力；間接加固法就是根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的條件，通過其它途徑改變結(jié)構(gòu)的傳力，從而相對地提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

　　傳統(tǒng)加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)整體水平比較落后，施工方法和工藝比較復(fù)雜，設(shè)備繁多且受場地因素限制。作為新興的纖維增強(qiáng)加固技術(shù)，特別是粘貼碳纖維加固法修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)高效、施工便捷、耐銹蝕、自重輕、不增加結(jié)構(gòu)尺寸等明顯的優(yōu)點。

　　一、碳纖維加固結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)越性

　　碳纖維加固結(jié)構(gòu)的基本原理就是將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)片材;用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼需加固的結(jié)構(gòu)上，從而形成一個新的組合受力整體，使碳纖維片材與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)共同受力承受荷載，有效傳遞剪力，降低了鋼筋應(yīng)力，增大結(jié)構(gòu)的承載能力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延性，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)、加固的目的。

　　與傳統(tǒng)的加固方法相比，碳纖維加固結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)越性：

　　（1）高強(qiáng)高效。

　　碳纖維的強(qiáng)度高，極限抗拉強(qiáng)度約為鋼材的10倍、彈性模量和鋼材相近，而質(zhì)量約為鋼材的115，不需要大型的機(jī)器設(shè)備，便于施工操作，節(jié)約加固時間，加快結(jié)構(gòu)加固修復(fù)進(jìn)程。且耐腐蝕、不生銹，對受鹽害和腐蝕物質(zhì)影響的混凝土結(jié)構(gòu)物有良好的保護(hù)效果。

　　（2）耐腐蝕、耐久性好。

　　碳纖維和環(huán)氧樹脂對大部分無機(jī)、有機(jī)酸及堿都具有較好的安定性，當(dāng)PH值在3-13范圍內(nèi)性能基本穩(wěn)定的，碳纖維在600℃高溫下性能保持不變，在零下180℃低溫下仍具有很好的韌性，環(huán)氧樹脂膠在零下540C-82℃范圍內(nèi)強(qiáng)度不降低，當(dāng)環(huán)境濕度低于70℃時，對樹脂的固化和粘結(jié)影響也不大。

　　（3）施工質(zhì)量易保證。

　　碳纖維材料的柔性好、剛性低，可以加固不同表面的結(jié)構(gòu)，當(dāng)構(gòu)件表面凹凸不平，通過粘結(jié)膠，可以使碳纖維材料與被加固結(jié)構(gòu)完全接觸，保證粘貼率，從而有效地提高結(jié)構(gòu)加固后的性能。

　　（4）適用性廣。

　　碳纖維因具有一定的柔韌性和耐腐蝕性，變形性能好，能隨意裁剪，適用各種形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)及各種環(huán)境下的結(jié)構(gòu)加固。

　　二、碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的理論分析

　　1、基本假定

　　從理論上對碳纖維加固梁正截面抗彎進(jìn)行計算時，作如下基本假定：CFRP加固混凝土受彎構(gòu)件正截面平均應(yīng)變滿足平截面假定；在達(dá)到受彎承載力極限狀態(tài)前，各種材料變形協(xié)調(diào)，混凝土與受力鋼筋之間、碳纖維與混凝土之間粘結(jié)可靠，沒有相對滑移，碳纖維與混凝土之間不發(fā)生粘結(jié)剝離破壞，且鋼筋和CFRP的應(yīng)變與相同水平位置的混凝土縱向纖維的變形

　　相同；當(dāng)加固結(jié)構(gòu)考慮二次受力時，應(yīng)根據(jù)加固時的荷載狀況，按截面應(yīng)變保持平面的假定計算碳纖維的滯后應(yīng)變；不考慮截面受拉區(qū)混凝土的作用。

　　2、材料的本構(gòu)關(guān)系

　　凝土為彈塑性材料，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系按現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范取值，變達(dá)到極限應(yīng)變時，混凝土被壓碎。不考慮截面受拉區(qū)混凝土的作用；取應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為：

　　當(dāng) 時；

　　當(dāng)時。

　　式中：為混凝土的極限抗壓強(qiáng)度。如圖1所示，其關(guān)系式如下:

　　圖1 材料的本構(gòu)關(guān)系

　　(2)鋼筋為完全理想的彈塑性材料，當(dāng)其應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度時，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系為線性，服從虎克定律，當(dāng)應(yīng)力介于屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度之間時，應(yīng)力保持不變;取應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系為:

　　當(dāng) 時

　　(3)碳纖維材料為理想線彈性材料，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度時，碳纖維斷裂;取應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系為:

　　當(dāng)時

　　三、碳纖維布加固在建筑物中加固設(shè)計的注意事項

　　碳纖維布加固在建筑物中加固設(shè)計的注意事項主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　（1）首先應(yīng)充分調(diào)查研究并掌握建筑物的原始資料、受力性能和事故狀況，并作周密細(xì)致的全面評定，再根據(jù)房屋種類、結(jié)構(gòu)特點、材料情況、施工條件以及使用要求等綜合考慮進(jìn)行加固設(shè)計，才能做到摸清根源對癥下藥。

　　（2）根據(jù)房屋的重要程度，分清主次，明確項目，區(qū)別對待，在一般民用建筑中，要優(yōu)先加固人員集中的房屋(如影劇院、禮堂)和要害部門(如通訊用房等);應(yīng)盡量保留和利用有價值的結(jié)構(gòu)，避免不必要的拆除，同時又要能保證保留部分的安全可靠性和耐久性，若要拆除也應(yīng)考慮對拆除材料加以回收及重新利用的可能性。

　　（3）加固工作直接影響生產(chǎn)和群眾生活，，因此，在確定加固方案和作法時，要盡量減少對生產(chǎn)的影響或使用者的影響及搬遷。例如，盡可能在建筑特外圍進(jìn)行加固，在內(nèi)部盡量減少濕作業(yè)，以減少對生產(chǎn)以及住戶的干擾。

　　（4）由于高溫、銹蝕、凍融、振動、地基不均勻沉降等原因造成的結(jié)構(gòu)損壞，加固時必須同時考慮消除、減少或抵御這些不利因素的有效措施，以免加固后的結(jié)構(gòu)繼續(xù)受害，避免二次加固。

　　（5）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件加固除滿足承載力要求外，還要有足夠的抗震能力，不應(yīng)存在因局部加強(qiáng)或剛度突變而形成新的對抗震不利的薄弱層或薄弱部位，同時也要注意由于結(jié)構(gòu)剛度的增大而導(dǎo)致地震力增大所帶來的影響。結(jié)構(gòu)加固應(yīng)滿足抗震有關(guān)要求和提高結(jié)構(gòu)的延性和整體性。

　　（6）加固設(shè)計除必須對結(jié)構(gòu)的分析和承載力的校核和計算外，還要求構(gòu)造合理連接可靠;加固方案應(yīng)是切實可行、安全可靠、施工方便的，盡量減少施工難度;加固施工往往是在荷載存在的情況下進(jìn)行，必須采取有效措施，如設(shè)置臨時支撐、進(jìn)行卸載處理等，防止和避免在加固施工中發(fā)生安全事故。

　　（7）加固確有困難或通過經(jīng)濟(jì)綜合比較確實不合理，而原結(jié)構(gòu)損壞又不嚴(yán)重時可采用改變結(jié)構(gòu)用途或減少和限制荷載的方法進(jìn)行處理.減載處理方法可改用輕質(zhì)隔墻、輕質(zhì)保溫或隔熱材料，上部結(jié)構(gòu)改用輕鋼結(jié)構(gòu);樓面的設(shè)備在工藝允許情況下合理挪位;減少或限制樓層的使用荷載等。

　　結(jié)論

　　總之，碳纖維增強(qiáng)塑料加固設(shè)計是項細(xì)致的工作，它是利用樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維材料粘貼于混凝土表面，從而達(dá)到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的，由于碳纖維材料的輕質(zhì)、耐腐、高強(qiáng)及施工便利，在加固領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。由于房屋加固受已有建筑各種條件的限制，應(yīng)從實際出發(fā)，因地制宜，因陋就簡，切實可行地進(jìn)行設(shè)計，并繪制詳細(xì)而完備的加固圖紙，經(jīng)審定后，再行施工。

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