1、某建筑工程楼板后开洞的改造加固利用碳纤维材料的应用及分析摘要：建筑结构加固和改造的工程日益增多，碳纤维加固是伴随建筑改造加固的运用已经相对成熟的新技术，碳纤维布具有高强、高效、轻质、抗腐蚀、耐老化、施工便捷、使用面广等优点，本文结合加固理论及工程算例，阐述碳纤维片材的性能与在既有建筑楼板后开洞改造加固中的应用及分析。 关键词：碳纤维片材；建筑结构加固和改造；钢筋混土结构；碳纤维布 中图分类号：TU7 文献标识码：A 前言：近年来，随着我国经济的迅速增长，建筑结构加固和改造的工程日益增多，碳纤维加固是伴随建筑改造加固的运用已经相对成熟的新技术，碳纤维布具有高强、轻质、抗腐蚀、耐老化、施工便捷、使
2、用面广等优点。碳纤维加固技术是利用改性环氧树脂类胶结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，从而达到结构补强及改善受力性能的目的。近年来碳纤维加固技术在土木工程领域中的研究与应用得到了迅速发展，此项技术在国内外等发达国家已成熟运用，虽取得了一定的成果，但至今尚未形成系统的理论。本文结合加固理论及工程算例，阐述碳纤维片材的性能与在既有建筑楼板后开洞改造加固中的应用及分析。希望对从事加固改造的同行有借鉴意义。 碳纤维材料加固设计的基本原理： 根据钢筋混凝土结构设计理论，碳纤维加固混凝土结构有 4 个基本假定： （1）平面假定，即碳纤维加固混凝土受弯构件截面的应变满足平面变形假设，钢筋和碳纤维的应变与相同位
3、置处的混凝土相同。 （2）混凝土的应力应变关系，受压混凝土的应力应变关系采用现行规范建议的模式，当压应变达到极限应变时，混凝土被压碎，受拉混凝土应力应变关系近似按线性取用，当拉应力超过其抗拉强度时，混凝土退出工作。 （3）钢筋的应力应变关系，采用理想的弹性材料模式。 （4）加固所用布为完全理想粘结，即表示混凝土与碳纤维布之间没有滑移，碳纤维布、钢筋和混凝土同时达到极限状态，在实际设计时，考虑构件安全性和简化设计，可以近似认为碳纤维的拉应变等于钢筋拉应变，按受力相等的原则可将碳纤维的面积转化为等效钢筋面积。粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作
4、，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。碳纤维增强聚合物（CarbonFibreReinforcedPolymer 简称 CFRP，也称为碳纤维增强塑料）是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。 碳纤维材料加固施工工艺： 一般工艺流程为：卸荷基底处理涂底胶找平粘贴保护。 一、工程概况： 对土木工程结构的加固改造是当前一个相当普遍的问题。如许多建筑在施工或使用过程中，由于功能的改变，需要进行各种类型的改造，如楼板开洞，剪力墙开洞等。在这些改造中，由于结构荷载、约束条件发生变化，受力性能也会产生相应的改变，通常原结构截面或配筋很难满足要求，因此也就存在如何
5、最有效地进行加固的问题。工程实例:某酒店在施工过程中,由于甲方原因,房间的使用功能发生改变,设备洞口位置变化,已经做完的楼板要开洞,原有楼板的约束条件和受力性能发生了改变,需要对楼板加固, 经过分析研究决定用碳纤维布加固。 二、楼板开洞分析： 设计依据 加固设计主要依据混凝土结构加固技术规范 、 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程进行，承载力计算按照混凝土结构设计规范基本规定， 混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图规定：当矩形洞边和圆形洞直径不大于 300mm 时钢筋构造：受力钢筋绕过孔洞，不另设补强钢筋；当矩形洞形边长和圆形洞直径大于 300mm且不大于 1000mm 时补强
6、钢筋构造；当矩形洞边边长和圆形洞直径大于1000mm 时加梁。 楼板开洞：楼板开小洞：楼板开小洞(b1、b2300mm)，可直接在楼板上人工剔凿，注意不得伤害板内原有钢筋(楼板开大洞(300mmb1、b21000mm)施工前先采取专业措施对洞口相关区域内的钢筋进行卸荷并做好相关区域的支护，在洞边进行粘贴碳纤维布加固，水钻切割楼板，切断洞口内钢筋； 楼板开大洞(b1、b21000mm)施工前先采取专业措施对洞口相关区域内的钢筋进行卸荷并做好相关区域的支护，在洞边梁宽范围内人工剔凿留通槽，最好增设梁，梁钢筋植入周边框架。 楼板封堵加固：小洞口封堵(b1、b2300mm )在洞边剔凿斜向抗剪槽(30
7、mm50mm)，直接浇注标号不小于周边结构的混凝土；大洞口封堵(300mmb1、b21000mm)在洞边剔凿斜向抗剪槽(30mm50mm)，按简支计算确定须封堵楼板的钢筋，在洞口放入钢筋，浇注混凝土，标号不小于周边结构的混凝土。已建楼板后开洞口不大于 1000mm 的洞周边粘贴碳纤维布的示意图如下: 三、工程算例： 由我院设计并已建成的某工程为六层的框架结构的酒店。因甲方变更局部房间的使用功能, 没有预留设备洞口,现需要在几个不同部位的楼板需开设几个大小不一的洞口，其中有两个洞口，其板跨度均为9m9m，分别开有 600mm600mm 和 800mm800mm 的洞口，根据原有钢筋的截断情况和碳
8、纤维片材料加固混凝土结构技术规程 （ CECS 146:2003）计算需要洞口补强的碳纤维布如下： 碳纤维布规格采用 300g/m2，厚度为 0.167mm, fcfk3000N/mm2。 （一）新开洞口 600mm600mm,原来配筋为三级钢 14200,每边断开钢筋(4X2)8 根,断筋面积为 1230mm2。粘贴两层或者两层以上碳纤维布S=0.8,AseXfy=SXfcfkXAcf, Ase=1230 mm2, Acf= AseXfy /（SXfcfk）=1230X360/(0.8X3000)=184.5mm2 L=Acf/0.167=184.5/0.167=1105mm,实际取值为 1
9、200mm。 楼板板面和板底洞口的两侧各粘贴两层 300mm 宽的 300g/m2 碳纤维布。 （二）新开洞口 800mm800mm,原来配筋为三级钢 12200,每边断开钢筋(5X2)10 根,断筋面积为 1230mm2。粘贴两层或者两层以上碳纤维布S=0.8,AseXfy=SXfcfkXAcf, Ase=1130 mm2, Acf= AseXfy /（SXfcfk）=1130X360/(0.8X3000)=169.5mm2 L=Acf/0.167=169.5/0.167=1015mm,实际取值为 1200mm。 楼板板面和板底洞口的两侧各粘贴两层 300mm 宽的 300g/m2 碳纤维布
10、。 本工程完成后，经过验收发现碳纤维布与混凝土粘贴紧密，没有脱层现象，加固的施工质量得到预期效果， 四、结语 粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效益；碳纤维布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的抗拉强度，因而，这项技术在混凝土结构的加固中应用是非常广泛的。对混凝土构件正截面承载力的提高，虽然碳纤维布比加大截面法略显逊色，但它是在几乎不增加构件自重和使用净空的情况下完成的加固。但是当对已建楼房开洞改造时，开洞楼板的刚度和强度较不开洞时会有不同程度的削弱，尤其刚度的削弱更为显著，其削弱程度与洞口尺寸有明显的关系，在洞口短边和转角处会出现较大的应力集中和挠度变形，因此在选用加固方法时要根据楼板跨度和所开洞口尺寸具体分析，以便确定最佳加固措施。 参考文献： 1.碳纤维片材料加固混凝土结构技术规程 （ CECS 146:2003）. 2.混凝土结构加固设计规范 （ GB 50367-2006）. 3. 刘航.李晨光.鲁昂 楼板开洞改造有限元分析及加固方法会议论文-2002. 4. 万墨林 既有楼板开洞研究会议论文-2007. 5. 王铁成.郭永亮 较大开洞板受力分析与配筋会议论文-2003.
