摘要：本文主要介紹FRP複合材料與混凝土結構的加固受力基理、碳纖維加固鋼筋混凝土構件受力分析以及例證說明碳纖維加固在實際中的運用。

　　關鍵詞：碳纖維加固
；結構

　　前言：混凝土結構由於多種原因需要進行修複與加固，FRP複合材料具有受力明確、強度高

、施工簡便等特點
，因此在實際中的運用越來越廣泛。本文主要對FRP複合材料中的碳纖維對混凝土加固進行分析介紹。

　　1.FRP複合材料加固技術簡介

　　混凝土結構是建築業最常用的建築結構形式。在以往的混凝土結構往往由於多種原因需要進行修複與加固，如設計失誤、施工質量控製不嚴、材料質量不符合要求、使用功能改變、遭受自然災難
、受腐蝕性環境的影響等等。因此，土木工程界一直致力於研發加固修複混凝土的材料和技術。FRP複合材料加固技術是用膠粘劑把FRP粘貼在構件外部進行加固以提高構件承載能力的加固技術。目前，纖維增強聚合物（fiberreinforcedpolymer，FRP）複合材料加固修複混凝土結構技術應用在世界範圍內相當廣泛。

　　FRP複合材料是以纖維（如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等）為增強材料
，以合成樹脂（如不飽和聚酯、環氧樹脂
、乙烯酯）為基體材料，並摻入適量輔助劑（如引發劑
、促進劑等）經成型技術形成的一種新型複合材料。根據纖維增強材料種類，FRP複合材料可分為碳纖維增強聚合物
、玻璃纖維增強聚合物和芳綸纖維增強聚合物。

　　在FRPfuhecailiaozhong，xianweiqizengqiangzuoyong，chengshoudabufenhezai，shifuhecailiaoxianshichujiaogaodekanglaqiangduhegangdu。jitiyuzengqiangxianweitongguojiemianlianjiezaiyiqi，jitijianghezaijingjiemianchuandigeixianwei，bujinnenggouchongfenfahuixianweikanglaxingnengyouyidetedian，hainengqidaoshihezaijunyunfenbuhebaohuxianweimianzaowaijiesunshangdezuoyong。tongchangzengqiangcailiaoshijuyouqiangjiehejiandewuzhi
，duiyuyingzhicailiaoruboli
、taocideng，qineibuchanghanyouliewen，qingyiduanlie
，juyoucuixing，bunengfahuijiehejianqiangdetedian。danjiarujiangyingzhicailiaozhichengjuyouyidingchangdudexichangxianwei
，zeyouyuxianweidechicunxiao
，zaiqizhongchuxianliewendejilvyijiliewenchangdujianxiao，cuixingdedaogaijin

，qiangduxianzhutigao。guoneiwaiduiFRP加固梁
、板
、柱等構件的受力性能已進行了大量的研究並且還在如火如荼地開展，研究內容涉及構件的抗彎性能、抗剪性能
、抗壓性能、抗震性能
、粘結方式及錨同技術等許多方麵。在地震區
，FRP複合材料是一種非常有效的加固材料
，通過FRP的橫向約束可以提高橋柱、混凝土柱的強度及延性，提高牆體的承載能力
、變形能力、抗裂能力，最終提高其抗震能力。

　　FRP複合材料加固技術中，目前使用較為普遍的技術為碳纖維增強聚合物加固
，以下稱為碳纖維加固。采用碳纖維加固技術具有如下幾個特點：

　　1.1強度高。碳纖維片材的抗拉強度一般都在3500MPa以上，遠高於鋼材；抗拉彈性模量為230000～430000MPa，亦高於鋼材。因此它的比強度可達到2000MPa/g/cm3以上，而Q235鋼的比強度僅為59MPa/g/cm3左右
，比模量也比鋼材高。

　　1.2施工簡便
、快捷。使用碳纖維加固構件不需大型施工機構及周轉材料，易於操作，施工周期短
，經濟性好。

　　1.3抗酸堿鹽類介質的腐蝕，應用麵廣。加固後能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性，可以應用於各種工作環境的構件加固。

　　1.4可以有效的封閉混凝土結構的裂縫
，延長結構的使用壽命。

　　1.5易於保持結構原狀，基本不增加結構自重及截麵尺寸。

　　2.碳纖維加固鋼筋混凝土構件受力分析

　　2.1碳纖維加固鋼筋混凝土抗彎構件。

　　鋼筋混凝土受彎構件的抗彎加固

，是通過將碳纖維布粘(zhan)貼(tie)於(yu)構(gou)件(jian)受(shou)拉(la)區(qu)，代(dai)替(ti)或(huo)補(bu)充(chong)鋼(gang)筋(jin)的(de)受(shou)拉(la)性(xing)能(neng)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)構(gou)件(jian)的(de)抗(kang)彎(wan)承(cheng)載(zai)力(li)。粘(zhan)貼(tie)碳(tan)纖(xian)維(wei)後(hou)，在(zai)構(gou)件(jian)受(shou)拉(la)區(qu)混(hun)凝(ning)土(tu)開(kai)裂(lie)前(qian)，碳(tan)纖(xian)維(wei)的(de)應(ying)變(bian)很(hen)小(xiao)；在混凝土開裂後，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快；而在鋼筋屈服後

，碳纖維布充分發揮作用
，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現。

　　2.2碳纖維加固鋼筋混凝土抗剪構件。

　　鋼筋混凝土dekangjianjiagu，shijiangtanxianweizhantieyugoujiandeshoujianqu，zhelitanxianweidezuoyongleisiyugujin。zaigoujianqufuqian，tanxianweideyingbianfazhanhuanman
，suodadaodezuidayingbianzhiyejiaoxiao
；在zai構gou件jian屈qu服fu後hou，箍gu筋jin的de作zuo用yong逐zhu漸jian被bei碳tan纖xian維wei代dai替ti
，碳tan纖xian維wei的de應ying變bian發fa展zhan加jia快kuai，應ying變bian值zhi要yao高gao於yu箍gu筋jin的de應ying變bian值zhi
，而er箍gu筋jin所suo起qi的de約yue束shu作zuo用yong減jian小xiao

，其qi應ying變bian發fa展zhan緩huan慢man。

　　2.3碳纖維加固鋼筋混凝土抗震柱。

　　應用碳纖維對混凝土柱進行抗震加固，是通過用碳纖維布橫向包裹鋼筋混凝土zhulaitigaoqiyanxingershixiande。tanxianweidezhuyaozuoyongshiduiqineibuhunningtuqidaoleyueshuzuoyong，zhezhongyueshushibeidongyueshu
，suizhehunningtuzhuzhouxiangyalidezengda，hengxiangpengzhangcushiwaibao碳纖維布產生環向伸長
，從而提高側向約束力。約束機製取決於兩個因素：混凝土的橫向膨脹性能和外包碳纖維布的環向約束能力。碳纖維布約束混凝土表現出兩階段受力過程：第一階段，混凝土處於類似素混凝土的線彈性階段

，橫向變形小，故碳纖維橫向變形也很小，分界點在素混凝土峰值應力四周；第(di)二(er)階(jie)段(duan)，構(gou)件(jian)達(da)到(dao)極(ji)限(xian)承(cheng)載(zai)力(li)後(hou)
，混(hun)凝(ning)土(tu)橫(heng)向(xiang)膨(peng)脹(zhang)變(bian)形(xing)急(ji)劇(ju)增(zeng)加(jia)，碳(tan)纖(xian)維(wei)環(huan)向(xiang)應(ying)變(bian)顯(xian)著(zhu)增(zeng)長(chang)，環(huan)向(xiang)約(yue)束(shu)力(li)增(zeng)加(jia)
，混(hun)凝(ning)土(tu)極(ji)限(xian)壓(ya)應(ying)變(bian)得(de)以(yi)提(ti)高(gao)
，因(yin)而(er)推(tui)遲(chi)了(le)受(shou)壓(ya)區(qu)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)壓(ya)碎(sui)，充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)了(le)縱(zong)向(xiang)鋼(gang)筋(jin)的(de)塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)性(xing)能(neng)，顯(xian)著(zhu)改(gai)善(shan)了(le)構(gou)件(jian)的(de)延(yan)性(xing)。

　　3.碳纖維加固鋼筋混凝土技術實際運用實例

　　目前國內碳纖維布加固在工程上的應用尚處於試驗階段
，本章介紹了碳纖維布應用於受彎受剪構件的加固工程情況。

　　3．1某高層綜合樓

　　<一>、工程概況

　　該工程為18層框架剪力牆結構


，在七、八層有6根框架梁存在嚴重的施工質量問題
，梁截麵尺寸為200mm×700mm，梁長8000mm，現場

　　檢測存在問題如下：

　　l、表麵存在許多蜂窩麻麵並有多條溫度收縮裂縫。

　　2
、原設計砼強度為C30，實測砼強度在C20．C30之間。

　　3、個別梁下部有露筋現象。

　　<二>、加固處理方案

　　該(gai)工(gong)程(cheng)是(shi)因(yin)施(shi)工(gong)質(zhi)量(liang)低(di)劣(lie)而(er)影(ying)響(xiang)構(gou)件(jian)強(qiang)度(du)的(de)，由(you)於(yu)業(ye)主(zhu)對(dui)使(shi)用(yong)空(kong)間(jian)及(ji)加(jia)固(gu)後(hou)外(wai)觀(guan)有(you)較(jiao)高(gao)要(yao)求(qiu)，且(qie)要(yao)求(qiu)施(shi)工(gong)工(gong)期(qi)快(kuai)，以(yi)減(jian)少(shao)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)，所(suo)以(yi)經(jing)多(duo)種(zhong)方(fang)案(an)比(bi)較(jiao)選(xuan)擇(ze)方(fang)案(an)如(ru)下(xia)：

　　對框架梁裂縫進行化學灌漿處理，並在梁底部及側麵粘貼碳纖維布以提高框架梁的抗彎及抗剪承載力
，材料采用日本進口FTS．C1．30及配套膠體。

　　<三>
、計算方法

　　梁砼按C20考慮
，經複核建築情況進行計算，梁受彎承載力需提高15％，沿梁底通長粘貼一層300寬的碳纖維布，可提高梁抗彎極限承載力20％，滿足設計要求：

　　粱的抗剪設計參照日本有關設計方法
，根據梁的實際情況，在梁兩側粘貼250mm寬U形碳纖維箍（間矩600mm），U型箍外則貼200mm寬壓條進行錨固。經計算，加固後可滿足梁的抗剪承載力設計要求。

　　<四>、加固過程

　　第一步：先(xian)對(dui)框(kuang)架(jia)梁(liang)進(jin)行(xing)基(ji)層(ceng)處(chu)理(li)，鑿(zao)除(chu)混(hun)凝(ning)土(tu)表(biao)麵(mian)劣(lie)質(zhi)疏(shu)鬆(song)的(de)部(bu)分(fen)，對(dui)於(yu)要(yao)粘(zhan)貼(tie)碳(tan)纖(xian)維(wei)的(de)部(bu)位(wei)采(cai)用(yong)角(jiao)磨(mo)機(ji)反(fan)複(fu)打(da)磨(mo)，去(qu)除(chu)表(biao)麵(mian)的(de)雜(za)質(zhi)
，並(bing)將(jiang)凸(tu)起(qi)部(bu)位(wei)磨(mo)平(ping)之(zhi)後(hou)
，用(yong)吹(chui)風(feng)機(ji)將(jiang)附(fu)在(zai)表(biao)麵(mian)的(de)灰(hui)塵(chen)吹(chui)淨(jing)，最(zui)後(hou)用(yong)棉(mian)紗(sha)擦(ca)拭(shi)幹(gan)淨(jing)。

　　第二步：對進行灌漿處理，灌縫材料為實驗配製的膠體。由於其粘接強度很高，因此可以通過注漿灌縫來恢複結構的整體性。

　　第三步：在混凝土表層處理完成後，刷塗底膠，待指觸幹燥後用環氧類膩子FE修補粘貼麵。

　　第四步：粘貼碳纖維布之前先確認FE的幹燥程度

，其完全固化後即可開始粘貼，先貼梁底共分三段粘貼
，搭接處在1／3梁跨部位
，然後粘貼U型箍，最後為確保U型箍的錨固質量，在梁側通長粘貼200mm寬碳纖維壓條。

　　<五>、結論

　　此項工程的加固結果表明碳纖維布可以有效地解決目前鋼筋混凝土工程施工質量差的問題，經過碳纖維布的加固補強，提高了結構的安全性與耐久性
，而且在加固施工guochengzhongbuxuyaorenhedaxingjijuheshizuoye，shigongchangdimianjixiao，jibenshangzaizhengchangzuoyongzhuangtaixiajiukewancheng，qizonghejingjixiaoyiyouyuzhangangju，juyouguangkuodeyingyongqianjing.

　　另一工程加固實例：某工程樓麵梁加固實例，由於使用功能改變
，現荷載比原設計荷載大35%，通過計算複核：樓蓋梁不能滿足使用要求
，對梁進行基層處理清除雜質，塗底膠二遍
，加固粘貼過程同上。處理結論表明：采用碳纖維布進行加固處理，技術先進、施工方便快捷，與目前同類產品加固技術如加大混凝土截麵和粘鋼法相比
，更易於保證施工質量與砼粘接效果好，有效粘貼麵可過100％，且碳纖維抗拉強度高，因此可以用作補強受拉鋼筋。在該工程項目中，碳纖維布加固後的井字梁，抗彎極限承載力提高50％，所以該加固技術對混凝土梁的加固具有良好的效果。

　　4.結論與展望

　　經實際工程檢驗證實，FRP複合材料加固技術對鋼筋混凝土結jie構gou有you十shi分fen顯xian著zhu的de加jia固gu效xiao果guo，經jing加jia固gu處chu理li後hou的de結jie構gou極ji限xian承cheng載zai力li和he剛gang度du都dou有you明ming顯xian的de提ti高gao
，達da到dao了le預yu期qi的de加jia固gu要yao求qiu。這zhe是shi一yi項xiang新xin型xing的de技ji術shu，隨sui著zhe建jian築zhu業ye的de蓬peng勃bo發fa展zhan，建jian築zhu物wu的de加jia固gu、維修、改造的應用領域和範圍也將越來越廣，在今後的工程中將會得到更廣泛的研究、運用和發展。

　　參考文獻

　　混凝土結構加固設計規範［S］.GB503672006

　　碳纖維片材加固混凝土結構技術規程［S］.CECS146：20032007年版.