摘要：本文结合某工程实例，介绍了碳纤维复合材料在结构构件加固中的计算方法，并对施工工艺进行了讨论，仅供同行参考。
关键词：CFRP；加固；钢筋混凝土梁；工艺
0引言
碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术，它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料（CFRP）用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家，我国起步很晚，近年来发展十分迅速，在众多领域得到了广泛的应用。
在钢筋混凝土结构使用过程中，由于各种原因，经常会造成钢筋混凝土主体构件开裂。对混凝土构件的裂缝可以采取多种方法进行补强加固，其中碳纤维布加固技术是新近发展起来的一种结构加固方法。
1 碳纤维加固结构构件技术原理
碳纤维材料具有高强度、高弹性模量、质量轻及耐腐蚀性好等特点。加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要为碳纤维材料与配套树脂。碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的10倍左右，而弹性模量与钢材相当，某些种类（如高弹性）碳纤维的弹性模量甚至是钢材的2倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树脂则包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体，并且共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载能力，达到对结构构件进行加固、补强的目的。
2加固工程概况
某三层工业厂房，底层采用梁柱结构，主梁跨度为8.2m，梁间距为6m，梁截面尺寸为；上层为砖混结构。主梁采用预制钢筋混凝土梁，顶端通过预埋件与柱侧预埋钢板进行焊接。混凝土强度等级为C25，当龄期达到60天时对其进行取芯，强度代表值为20.3MPa，没有达到设计要求。对其分析原因后，决定选择粘贴碳纤维布进行加固。
3碳纤维布加固框架梁设计
3.1基本假定
用碳纤维材料加固后，混凝土梁的极限承载力计算与普通混凝土梁有所不同，其基本假定为:
(1)受拉区混凝土的作用忽略不计；
(2)梁受弯后，混凝土、钢筋及碳纤维应变符合平截面假定；
(3)碳纤维材料采用线弹性应力-应变关系：。
3.2加固设计
3.2.1碳纤维布的设计
采用碳纤维布加固方法，在梁底通长粘贴碳纤维布2层，梁侧粘贴150mm宽间距150mm的U形箍碳纤维布，梁上部两侧粘贴150mm宽的碳纤维布。
3.2.2 材料力学指标(见表1，表2)。
表1SBC-200型碳纤维布
3.2.3设计计算
根据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》的规定，采用以概率理论为基础的极限设计法进行计算。考虑到作用在加固结构上的活荷载基本卸除，故不考虑二次受力的影响。
梁截面:
，C25混凝土，原梁配有：；；
本设计采取在梁底粘贴250㎜宽碳纤维布2层()，按规程公式计算。
（1）碳纤维片材厚度折减系数：
。
（2）碳纤维片材允许拉应变：
＝0.013＞0.01。
（3）相对界限高度:
＝0.1985。
混凝土受压区高度x和受拉面上的碳纤维片材的拉应变εcf按下列公式进行计算：
（1）
（2）
解得：ξcfbh＝115.12；s≈234mm＜ξbh0＝292.52m；εcf＝0.0031，
根据规范公式4.3.2-1，
由于混凝土强度降低，则梁抗震能力降低量为：
。
碳纤维布增加抗震力：
εcf＝0.006
4碳纤维加固的施工要点
4.1施工流程
碳纤维加固的基本流程为：施工准备→基层处理→底胶工程→碳纤维布粘贴→养护→细部加工。
4.2施工要点
（1）碳纤维加固混凝土结构施工应由熟悉该技术施工工艺的队伍承担。
（2）混凝土表面的浮浆、油污等杂质应清除，对混凝土梁表面出现的裂缝及凹陷用聚合物砂浆修补，并养护不少于3天。表面凸起的部位要打磨平整，浮尘清除干净，再用丙酮将需粘贴处清洗干净，平整度应达到每米不超过5mm。
（3）粘贴前需先将梁的锐角部位磨成半径为2cm的圆弧，以免应力集中而降低补强效果。
（4）用刮板将胶均匀地涂在梁底面，待胶固化后再进行下道工序施工。要特别注意调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况下40min内用完。
（5）将胶按比例重量称好，放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将胶均匀地涂刷在底胶上需粘贴碳纤维布处，随即把已按照设计要求剪好的碳纤维布粘贴在设计要求部位，然后用专用滚筒顺碳纤维布方向均匀平整压实，挤出气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布。待指触干燥后即可进行第二道碳纤维布的粘贴。
（6）两道碳纤维布粘贴完待指触干燥后，再刮涂一层面胶，用滚筒顺碳纤维布方向均匀平整压实，使胶充分浸入碳纤维布中。
（7）搭接长度不小于150mm，端部用横向碳纤维布固定。
（8）小锤轻击检验，总有效粘结面积不应小于95%，碳纤维片材的实际粘贴面积不应小于设计面积，位置偏差不应大于10mm。
5结束语
工程实践证明，CFRP加固技术对于混凝土结构构件的补强加固效果十分理想，在基本不增大梁截而尺寸及自重的前提下，该技术在施工工期、材料耐久性施工质量等方而均达到了合理的要求，施工便捷功效高、噪声小现场整洁等优点。而且碳纤维面具有良好的耐酸、耐碱、耐大气环境腐蚀的特点，必将在以后的工程实践中得到更广泛的应用。其综合经济效益和社会效益良好，具有较大的推广使用价值。
参考文献
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