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CFRP在加固工程中的应用摘要：作为一种新型加固材料，碳纤维材料(CFRP)具有高强、轻质、耐腐蚀等优点。本文介绍了CFRP在各类加固工程中的应用。关键词：碳纤维 加固 混凝土结构1、前言 碳纤维材料（CFRP）加固混凝土结构技术是20世纪80年代在国际上新兴起的一项新型、高效、便捷的结构加固技术。它利用树脂类材料将碳纤维粘贴在混凝土表面，形成复合材料，通过与混凝土之间协同工作，对构件或结构起到加固及改善受力性能的作用。该项技术兴起于美、日、德等发达国家，现在已广泛应用于建筑物、桥梁、特种结构等各类土木工程中。中国的起步比较晚，于1997年开始正式研究该项目，并于1998年才开始应用于实际工程。经过近7年的努力，已取得了一些成绩，有了不少成功应用的工程实例和碳纤维片材加固混凝土结构技术规程。同时，由于具有许多其它传统加固方法所不具备的优越性，如简便快速的施工工艺、良好的加固修补效果和理想的耐久性等，该技术已引起国内外土木工程领域的广泛重视。表1是CFRP加固混凝土结构与其它传统加固方法的比较。表1 CFRP加固混凝土与其它加固方法比较加固方法增大体积增加重量施工时间所需工日施工空间所需设备交通影响抗腐蚀性加大截面法大大长多大多大差体外预应力法小小较长多大多大差粘贴钢板法小大较长多大较多大差CFRP加固法小小短少小少小好2、材料特性 碳纤维材料（CFRP）显著的特性是：抗腐蚀能力强(耐久性好)；自重小,且具有很高的材料抗拉强度(质强比高)；弹性变形能力和抗疲劳能力强；较高的电阻和较低的磁感应。现在，国内加固工程中所用的CFRP多为进口材料，如日本前田工纤的CFRP，瑞士的SiKa公司的CFRP等。 与日本生产的CFRP配套使用的粘贴胶约有三种,它们分别是FP-NS、FE-Z或FE-B及FR-E3P。各种胶的主要作用如下:(1) FP-NS底涂材料,作用为渗入混凝土内部,强化混凝土表面,改善CFRP与混凝土之间的粘结性能;(2) FE-Z、FE-B整平材料,作用为修补混凝土表面缺陷,提高CFRP与混凝土的粘结质量;(3) FR-E3P粘贴材料,保证CFRP与混凝土的有效粘结及两者的共同工作。各种材料的具体性能见表2-3。表中各项指标均由厂家提供,根据产品生产国的有关规范规定的方法测定。表2 日本产常见CFRP及其性能品名纤维种类纤维面积重设计厚度抗拉强度弹性模量FTS-C1-20高强度200g/m20.111mm3550MPa2.35X105MPaFTS-C1-30高强度300g/m20.167mm3550MPa2.35X105MPaFTS-C1-45高强度450g/m20.250mm3550MPa2.35X105MPaFTS-C5-30高弹性模量300g/m20.165mm3000MPa4.00X105MPa表3 日本产粘贴胶性能指标胶型号配合比适用温度可使用时间干燥时间混凝土粘结强度抗压强度抗拉强度FP-NS2:115-2540min10h2.0MPaFE-Z2:115-35100min14h2.0MPa35MPaFR-E3P2:115-2540min10h30MPa3、计算方法(1) 受弯加固 采用碳纤维对梁、板构件进行受弯加固时的承载力计算，除应符合现行国家标准混凝土结构设计规范对受弯构件正截面承载力计算的基本假定外，尚应符合下列要求：构件达到受弯承载能力极限状态时，碳纤维的拉应变按截面应变保持平面的假定确定，但不应超过碳纤维的允许拉应变；当考虑二次受力影响时，应根据加固时的荷载状况，按截面应变保持平面的假定计算加固前受拉区边缘混凝土的初始应变；碳纤维的拉应力应取碳纤维弹性模量与其拉应变的乘积；在达到受弯承载能力极限状态前，碳纤维与混凝土之间不发生粘结剥离破坏。当CFRP加固混凝土发生界限破坏时，即破坏时混凝土被压碎，同时CFRP被拉断，可采用如下公式进行计算： (1) （2）式中：为CFRP强度折减系数，通常取0.6。(2) 受剪加固对混凝土梁进行受剪加固时，应按下列公式进行斜截面受剪承载力计算： (3) (4) (5)式中：是达到受剪承载能力极限状态时CFRP的应变；是CFRP的极限拉应变；是CFRP受剪加固形式系数，对封闭粘贴取1.0，对U形粘贴取0.85，对侧面粘贴取0.70；是梁受剪计算截面的剪跨比，对于集中荷载作用情况取a/h0，当大于3.0时，取3.0，当小于1.5时，取1.5，a为集中荷载作用点到支座边缘的距离，对于均布荷载作用情况，取3.0；是CFRP的粘贴层数；是侧面粘贴CFRP的高度；是CFRP条带的净间距；是单层CFRP的厚度；是CFRP条带的宽度。(3) 柱的抗震加固 柱的抗震加固应采用封闭式粘贴CFRP的方法。柱端箍筋加密区的总折算体积配箍率应按下列公式计算，并应满足现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010对柱端箍筋加密区体积配箍率的要求： (6)式中：是总折算体积配箍率；是按箍筋范围内核心截面计算的体积配箍率；是CFRP的有效约束系数，取0.45，轴压比大于0.5且加固时未卸载时取0.36；是CFRP的抗拉强度设计值；是箍筋的抗拉强度设计值。4、CFRP在实际工程中的应用(1) CFRP加固桥梁结构混凝土梁以提高其抗弯能力和抗剪能力。 312国道沪宁段船山东立交桥、船山西立交桥及招甸中桥T梁抗弯承载力和抗剪承载力不足，故需要对其进行抗弯和抗剪加固，加固方法采用粘贴CFRP加固法。抗弯承载力加固时，粘贴范围为T梁腹板下缘跨中：20mT梁为13m，25mT梁为16m，CFRP粘贴总面积为902.86m2，粘贴方向为沿桥梁纵向粘贴，图1为CFRP对梁进行抗弯承载力加固。抗剪承载力加固时，20mT梁和25mT梁均采用1300mmX200mm的CFRP进行加固，CFRP粘贴总面积为291.2m2，图2为CFRP对梁进行抗剪承载力加固。图1 T梁的抗弯承载力加固图2 T梁的抗剪承载力加固5、加固施工工艺 CFRP加固要求混凝土强度等级不得低于C15,环境温度不宜低于5,CFRP搭接长度不低于100mm。其施工工序是先进行底层处理，在混凝土修补找平后，应将构件基面打磨，尤其是表面凸起部位要磨平，用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥；再涂底胶，用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后再进行下一工序，粘贴CFRP，按设计要求的尺寸及位置粘贴CFRP，裁剪及使用CFRP时应尽量远离电源，并注意防火。控制施工现场的湿度，相对湿度不大于70%。若发现有空鼓部位,可用针管灌注浸渍树脂。有效粘结面积若小于95%,判定粘结无效,需重新施工。决定施工质量的关键取决于基层处理质量及滚压密实度。基层是否清洁,表层是否平整,表面有无浮渣,将直接影响粘结质量。刷涂浸渍树脂,贴完CFRP后,需用滚筒反复滚压,尽可能完全排除气泡、减少空鼓。冬季施工气温较低,树脂凝结时间较长,因此,在树脂终凝前,应随时检查竖向CFRP有无下滑移位现象,及时纠正失误,确保粘结质量。同时,粘贴完CFRP后,应即时做好防护措施,避免外部冲击。6、结语应用CFRP进行钢筋混凝土结构加固仍是一项新技术,该技术具有与其它传统加固方法无法比拟的优越性，实践证明，CFRP加固技术具有适用面广，操作方便，工期较短，节约投资等优点。尽管我国对其理论分析及数值计算还不完善,但笔者认为随着国内外对CFRP加固技术的不断研究,这项新技术会在结构加固领域有着广阔的发展前景。参考文献1 混凝土结构加固技术规范 CECS 25:90 中国计划出版社 19912 碳纤维片材加固混凝土结构技术规