1、碳纤维加固钢筋混凝土柱的施工与承载力分析摘要：本文介绍了采用碳纤维加固钢筋混凝土柱的性能，提出了保证碳纤维布粘帖密实的施工措施。并依据我国现行建筑设计规范对钢筋混凝土柱粘碳纤维加固后的轴向承载力进行分析。 关键词 碳纤维轴向承载力抗震加固 中图分类号：TU528.571 文献标识码： A 文章编号： 一.概述 粘帖 CFRP 片材加固修复混凝土结构的技术，主要用于钢筋混凝土柱的抗震加固、梁柱的受剪加固、梁板的受弯加固、以及裂缝和耐久性修补。对于钢筋混凝土柱粘帖 CFRP 片加固，国内外大量的试验和理论分析均表明，目前采用一般粘帖 CFRP 片材加固钢筋混凝土柱的方法，在钢筋混凝土柱粘帖 CFR
2、P 片材后，使柱中混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度及极限压应变，从而提高钢筋混凝土柱轴压承载力及延性。与约束混凝土的机理类似，钢筋混凝土柱粘帖 CFRP 片材加固后使柱中混凝土处于约束状态，由于 CFRP 片材是线弹材料，使其产生的约束力是持续增长的，直至碳纤维拉断，混凝土破坏。可以认为：当钢筋混凝土柱粘帖 CFRP 片材加固轴向应力超出混凝土的抗压强度后，应力-应变关系呈线性增长，混凝土的应力和应变同时达到最大值，呈现了CFRP 片材是线弹性材料约束混凝土的特点。1 二、碳纤维加固混凝土柱的原理 普通混凝土结构在使用一定的年限后，混凝土腐蚀、钢筋锈蚀，承载能力下降；一部分新建和
3、在建的工程，由于设计或施工不当，有些工程使用功能改变，荷载增加或者提高建筑物的抗震设防等级；由于种种原因造成停建烂尾工程，又重新启动的工程等等，这些都需要对结构进行加固。使用建筑结构胶在混凝土表面粘帖 CFRP 片材材料进行加固修复混凝土结构， 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程中对钢筋混凝土柱的加固从施工到设计都有详细的规定。 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程中要求粘帖 CFRP 片材加固修复混凝土结构应由熟悉该技术施工艺的专业施工队伍完成，并应有加固修复和施工技术措施。保证施工质量的关键是遵循工序要求，施工时应考虑环境温度、湿度对结构胶固化的影响。施工过程中，为保证加固质量，应从施工
4、准备开始对需要加固的构件进行表面修复、清理并保持干燥，应按产品供应商提供的工艺规定进行配置和涂抹结构胶。粘帖 CFRP 片材还应符合碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程中有关条款要求。施工中应注意安全，远离电器设备及电源，做好防护措施。在开始施工之前，应确认 CFRP 片材及配套的结构胶的新产品合格证、产品出厂质量检验报告，各项性能指标应符合碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程中的检验要求。2 改善钢筋混凝土柱最方便最有效的方法就是对核心区混凝土和保护层混凝土进行有效的约束，提高混凝土自身的变形能力。 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程的出现使得这一方法变得简单易行。CFRP片材包裹在钢筋混
5、凝土柱，混凝土受到了外包纤维的有效约束，极大改善了混凝土的变形能力；同时外包纤维限制了裂缝的发展，在纤维拉断前保护层的混凝土不剥落，有效防止了粘结构破坏的发生。 为了进行 CFRP 约束混凝土构件的力学性能和承载力设计方法的研究，必须确定混凝土在 CFRP 生材料约束情况下的应力应变关系。国内外许多学者对 CFRP 约束混凝土的关系进行了研究，基于试验结果分析，建立了 CFRP 约束混凝土关系指数曲线+直线曲线的模型。 三、碳纤维加固钢筋混凝土柱的轴向承载力计算抗震加固3 我国现行钢筋混凝土设计规范及抗震设计规范中，对于钢筋混凝土结构的抗震措施，主要针对不同的抗震等级，通过内力调整和限制轴压比
6、俩方面来控制。许多研究者指出：轴压比影响柱的延性及破坏形式。当轴向压力较小时，钢筋混凝土柱为受拉破坏，主要是由于受拉侧钢筋先达到屈服而引起的，表现出一定的延性。随着轴向压力的增加，柱的延性不断降低。当轴力超过界限轴力时，受拉侧钢筋达不到受屈服，构件的破坏主要是由于混凝土压溃或主筋的压曲造成的，因此延性很小。这就是抗震结构中限制钢筋混凝土柱轴压比的原因。在实际加固改造工程中，常常会遇到框架柱轴压比超出规范限值得情况。此时采用 CFRP 约束混凝土的关系环向包裹对柱进行约束，可以提高柱的混凝土抗压强度，从而降低轴压比。对于外粘帖纤维布弱约束钢筋混凝土柱计算；外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴压构件，其
7、轴承载力按下列公式计算：N?0.9（ 对圆形载面建议按：式中： 为外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴压构件心抗压强设计值； 为外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴向构件抗压强设计值； 为外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴向构件抗拉强设计值；外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴向构件抗拉强设计值；A 为加固柱截面的面积。一般情况下 不应大于的 1.5 倍，党有可靠依据时混凝土强度的提高幅值可适当提高。截面的半径或高度应小于 1.0m，对矩形截面的高宽比 h/b 应小于 1.5。 为确保核心区混凝土得到有效的约束，我国现行钢筋混凝土设计规范及抗震设计规范给出了柱箍筋加密区的最小配箍特征值 ，为避免配箍率过小还规定了最
8、小体积配箍率。钢筋混凝土柱轴可以通过粘帖碳纤维来满足建筑抗震设计规范 （GB500112001）对箍筋加密区以及体积配箍率的构造要求，以提高其抗震性能。碳纤维的加固最主要课依据建筑抗震设计规范和碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程中（CECS146:2003）来确定。 碳纤维片材在箍筋加密区宜连续布置，且碳纤维片材两端应搭接或采取可靠连续措施形成封闭箍。碳纤维片材条带的搭接长度不应小于150mm，各条带的搭接位置应相互错开。 参考文献： 1 文明才. 建筑结构加固技术及发展趋势J. 湖南城市学院学报(自然科学版)J. 2005,14 (3):13-15. 2 郑威. 粘贴碳纤维加固干劲混凝土轴心受压圆短柱的试验研究D. 硕士学位论文. 武汉: 武汉 大学土木工程学院,2005. 3 杨剑. 纤维布加固混凝土柱的试验研究与数值模拟D. 硕士学位论文. 南京: 河海大学. 2006. 3. 16.
