摘要：本文結合某工程實例，介紹了碳纖維復合材料在結構構件加固中的計算方法，并對施工工藝進行了討論，僅供同行參考。
　　關鍵詞：CFRP；加固；鋼筋混凝土梁；工藝
　　0引言
　　碳纖維布加固修補結構技術是一種新型的結構加固技術，它是利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達到對結構及構件加固補強的目的。碳纖維材料（CFRP）用于混凝土結構加固修補的研究始于80年代美、日等發達國家，我國起步很晚，近年來發展十分迅速，在眾多領域得到了廣泛的應用。
　　在鋼筋混凝土結構使用過程中，由于各種原因，經常會造成鋼筋混凝土主體構件開裂。對混凝土構件的裂縫可以采取多種方法進行補強加固，其中碳纖維布加固技術是新近發展起來的一種結構加固方法。
　　1 碳纖維加固結構構件技術原理
　　碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、質量輕及耐腐蝕性好等特點。加固修復混凝土結構所用碳纖維材料主要為碳纖維材料與配套樹脂。碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的10倍左右，而彈性模量與鋼材相當，某些種類（如高彈性）碳纖維的彈性模量甚至是鋼材的2倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復材料；配套樹脂則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體，并且共同工作，提高結構構件的抗彎、抗剪承載能力，達到對結構構件進行加固、補強的目的。
　　2加固工程概況
　　某三層工業廠房，底層采用梁柱結構，主梁跨度為8.2m，梁間距為6m，梁截面尺寸為；上層為磚混結構。主梁采用預制鋼筋混凝土梁，頂端通過預埋件與柱側預埋鋼板進行焊接。混凝土強度等級為C25，當齡期達到60天時對其進行取芯，強度代表值為20.3MPa，沒有達到設計要求。對其分析原因后，決定選擇粘貼碳纖維布進行加固。
　　3碳纖維布加固框架梁設計
　　3.1基本假定
　　用碳纖維材料加固后，混凝土梁的極限承載力計算與普通混凝土梁有所不同，其基本假定為:
　　(1)受拉區混凝土的作用忽略不計；
　　(2)梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定；
　　(3)碳纖維材料采用線彈性應力-應變關系：。
　　3.2加固設計
　　3.2.1碳纖維布的設計
　　采用碳纖維布加固方法，在梁底通長粘貼碳纖維布2層，梁側粘貼150mm寬間距150mm的U形箍碳纖維布，梁上部兩側粘貼150mm寬的碳纖維布。
　　3.2.2 材料力學指標(見表1，表2)。
　　表1SBC-200型碳纖維布

　　
　　3.2.3設計計算
　　根據《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》的規定，采用以概率理論為基礎的極限設計法進行計算。考慮到作用在加固結構上的活荷載基本卸除，故不考慮二次受力的影響。
　　梁截面:
　　，C25混凝土，原梁配有：；；
　　
　　
　　本設計采取在梁底粘貼250㎜寬碳纖維布2層()，按規程公式計算。
　　（1）碳纖維片材厚度折減系數：
　　。
　　（2）碳纖維片材允許拉應變：
　　＝0.013＞0.01。
　　（3）相對界限高度:
　　＝0.1985。
　　混凝土受壓區高度x和受拉面上的碳纖維片材的拉應變εcf按下列公式進行計算：
　　（1）
　　（2）
　　解得：ξcfbh＝115.12；s≈234mm＜ξbh0＝292.52m；εcf＝0.0031，
　　根據規范公式4.3.2-1，
　　
　　由于混凝土強度降低，則梁抗震能力降低量為：
　　。
　　碳纖維布增加抗震力：
　　εcf＝0.006
　　
　　4碳纖維加固的施工要點
　　4.1施工流程
　　碳纖維加固的基本流程為：施工準備→基層處理→底膠工程→碳纖維布粘貼→養護→細部加工。
　　4.2施工要點
　　（1）碳纖維加固混凝土結構施工應由熟悉該技術施工工藝的隊伍承擔。
　　（2）混凝土表面的浮漿、油污等雜質應清除，對混凝土梁表面出現的裂縫及凹陷用聚合物砂漿修補，并養護不少于3天。表面凸起的部位要打磨平整，浮塵清除干凈，再用丙酮將需粘貼處清洗干凈，平整度應達到每米不超過5mm。
　　（3）粘貼前需先將梁的銳角部位磨成半徑為2cm的圓弧，以免應力集中而降低補強效果。
　　（4）用刮板將膠均勻地涂在梁底面，待膠固化后再進行下道工序施工。要特別注意調好的底膠須在規定的時間內用完，一般情況下40min內用完。
　　（5）將膠按比例重量稱好，放在潔凈的容器中調和均勻，用刮板將膠均勻地涂刷在底膠上需粘貼碳纖維布處，隨即把已按照設計要求剪好的碳纖維布粘貼在設計要求部位，然后用專用滾筒順碳纖維布方向均勻平整壓實，擠出氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布。滾壓時不得損傷碳纖維布。待指觸干燥后即可進行第二道碳纖維布的粘貼。
　　（6）兩道碳纖維布粘貼完待指觸干燥后，再刮涂一層面膠，用滾筒順碳纖維布方向均勻平整壓實，使膠充分浸入碳纖維布中。
　　（7）搭接長度不小于150mm，端部用橫向碳纖維布固定。
　　（8）小錘輕擊檢驗，總有效粘結面積不應小于95%，碳纖維片材的實際粘貼面積不應小于設計面積，位置偏差不應大于10mm。
　　5結束語
　　工程實踐證明，CFRP加固技術對于混凝土結構構件的補強加固效果十分理想，在基本不增大梁截而尺寸及自重的前提下，該技術在施工工期、材料耐久性施工質量等方而均達到了合理的要求，施工便捷功效高、噪聲小現場整潔等優點。而且碳纖維面具有良好的耐酸、耐堿、耐大氣環境腐蝕的特點，必將在以后的工程實踐中得到更廣泛的應用。其綜合經濟效益和社會效益良好，具有較大的推廣使用價值。
　　參考文獻
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