混凝土结构加固资料集

目录1、碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨12、碳纤维在某通信机房加固中的应用53、南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计94、碳纤维复合材料CFRP加固技术在南京新街口百货商店改造工程中的应用135、钢筋混凝土框架梁粘碳纤维加固现场加载试验166、碳纤维材料在某公共建筑抗震加固中的应用207、玻璃纤维聚合物在腐蚀环境下补强加固工程中的应用238、混凝土结构碳纤维加固技术及其适用性279、碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力设计方法的研究3110、碳纤维布加固预应力混凝土空心板新技术3511、高强复合纤维材料加固混凝土结构技术的应用3812、碳纤维布加固混凝土梁截面刚度计算4013、锈蚀钢筋混凝土结构防护与加固4314、碳纤维加固的“反拱预应力技术”及其提高钢结构承载能力的分析4915、CFRP加固某大厦框架柱抗震性能的设计与施工5316、碳纤维材料在桥梁加固工程中的应用5717、碳纤维布用于钢筋混凝土工字梁桥抗弯加固的试验研究与分析6118、纤维薄板加固混凝土刚架拱桥的工程实践6519、碳纤维材料加固混凝土梁板技术在实际工程中的应用6920、碳纤维增强复合材料（CFRP）在公路T型截面桥梁加固设计与应用7221、特种荷载作用下，碳纤维（CFRP）技术在桥梁加固工程中的研究与应用7822、楼板开洞改造有限元分析及粘贴碳纤维加固方法8523、玻璃纤维聚合物混凝土在腐蚀环境下天车道轨二次灌浆中的应用研究8724、碳纤维加固技术在桥梁补强工程中的应用90碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨徐洪平1、碳纤维布结构加固技术简介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，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。使用碳纤维布加固具有以下几个优点A、强度高（强度约为普通钢材的10倍），效果好；B、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；C、自重轻（约200G/M2），基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广；D、施工简便（不需大型施工机构及周转材料），易于操作，经济性好；E、施工工期短（本工程实例仅用一周）；因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。2、碳纤维布加固的原理用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。3、工程概况某制药厂保太松车间建于1984年，因长期受腐蚀性气体的侵蚀，三根薄腹梁下弦混凝土与钢筋均遭受严重腐蚀，导致保护层混凝土开裂、酥松、剥落，下弦钢筋锈蚀、剥落，钢筋受力截面削弱，危及结构安全，影响工人的生产情绪；经与设计人员一起进行分析比较，选择粘贴碳纤维布进行加固，能防止腐蚀性气体的侵蚀，延长梁的使用寿命（薄腹梁见图1）。4、碳纤维布加固的依据及前提41碳纤维布加固的依据某制药厂提供的保太松车间图纸。屋架的腐蚀情况。薄腹梁的实际检测强度。混凝土结构加固技术规程。42碳纤维布加固的前提首先，利用回弹法对薄腹梁混凝土进行检测，以供加固参考。经检测，混凝土的实际强度为C30。根据设计图纸，及现场混凝土、钢筋的腐蚀情况，考虑提高下弦的抗拉强度等级，为此，将610MM宽的T700S型碳纤维布裁成两半，分两层粘贴在下弦的底面及两侧（薄腹梁下弦宽度为200MM），加固后，相当于增加原受拉钢筋面积的46，弥补了由于原钢筋锈蚀而造成的截面削减，构件的承载力得到加强，而且，总体配筋率MINMAX，可以满足使用要求。43碳纤维布的设计因梁底宽度为200MM，而碳纤维布的宽度为610MM，兼顾加固时碳纤维布的幅宽效应及下弦的受拉范围，考虑将碳纤维布裁为两半，一层为300MM宽，一层为310MM宽，分两层粘贴在梁的下侧及两面侧边（两侧边高度为5055MM），应注意转角处须处理成圆角（R10MM），详见图1。图1薄腹梁加固1粘贴碳纤维布二层（第一层宽度300MM，第一层宽度310MM）2粘贴碳纤维布二层（第一层宽度300MM，第一层宽度310MM）5、碳纤维布加固的施工51施工准备511施工材料的准备辽宁省建设科学研究院生产的JGNC胶（底胶）及JGNP胶（粘着胶），T700S型碳纤维布。512辅助材料的准备专用滚筒，刮板，角向磨光机，剪刀，凿子，榔头，台秤，丙酮。513搭设脚手架按安全规程要求搭设好脚手架，高度以方便施工为前提。52施工工艺把屋架下弦被腐蚀部位的疏松混凝土凿掉，把锈蚀的钢筋用钢丝刷刷掉被锈蚀层。补粉凿除的混凝土梁用SJ601防腐砂浆补粉凿除的混凝土梁（对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复），并养护三天。用压缩空气将表面浮尘清除干净未凿部位（需加固处）用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，用丙酮将需粘贴处清洗干净。涂底胶将JGNP胶甲乙组分按需按31的重量称好，放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将它均匀地涂在屋架底面（两侧刮150MM），待胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准）再进行下一工序施工。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。找平混凝土表面凹陷部位用修补胶（JGNC胶掺入两倍粉料）填平，模板接头等出现高度差的部位应用修补胶填补，尽量减少高度差。粘贴碳纤维布将JGNC胶甲乙组分按31的重量称好，放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将胶均匀地涂刮在底胶上需粘贴碳纤维布处，随即把按设计要求已裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位，然后用专用滚子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，挤出汽泡。待指触干燥后，即可以进行第二道碳纤维布的粘贴，方法同第一道。注意碳纤维布的搭接长度一般为100MM，端部用横向碳纤维布固定。两道碳纤维布粘贴完，待指压干燥后，再刮涂一层JGNC面胶，来回滚压，使胶充分渗入到碳纤维布中去。待面胶指触干燥后，表面做一层保护层（防火涂料或水泥砂浆）。6、有关材料的技术指标目前，国内碳纤维材料及配套结构胶的生产厂家有多家，选购前应认真了解材料的相关技术指标及操作说明，我所所用的各材料指标如表1表3。表1结构加固修补用碳纤维材料（CFRPT700S）主要性能指标抗拉强度（MPA）弹性模量（MPA）延伸率（）密度（G/CM3）耐腐蚀性浸透性均匀度50002351052118优良好良好表2碳纤维织物数据表3建筑结构胶主要技术性能指标结构胶名称JGNCJGNP作用粘贴碳纤维专用胶与JGNC配套使用的底胶甲组分白色蜡状膏体无色透明液体外观乙组分棕色液体棕红色液体粘接拉伸强度（MPA）300粘接强度混凝土混凝土混凝土破坏拉伸剪切强度（MPA）200压缩强度（MPA）500弯曲强度（MPA）300混合黏度（20时）5000CP不流挂涂布量0610KG/M202503KG/M2适用期（20时）90MIN可使用时间2040MIN硬化时间（20时）30H指干时间（20时）2H甲乙31甲乙31使用温度10357、结论根据加固原理可知，在施工前必须选择合适的粘结剂，认真查看材料的质保书及使用说明，掌握材料的各有关参数，以确保它有足够的强度，能保证碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作；在施工过程中，参照使用说明，每道胶都必须处理好，特别是粘贴碳纤维布的JGNC胶，应尽可能让胶充分地渗入到碳纤维丝之间（细部空鼓处，可用针筒注射胶），确保相互共同工作。通过对某制药厂工程实例的施工操作，深深体会到碳纤维布结构加固技术简介中介绍的各项优点，该工程施工时，在确保安全的前提下，仅使用了简单的脚手架，而且，碳纤维布裁剪非常方便，可以根据形状及尺寸随意裁剪，在各种支架的遮挡处可以随意穿过，施工非常方便；另外，从2001年5月7日加固后到现在，在腐蚀性气体的侵蚀下，至今未见有被腐蚀处；该工程从开工到结束仅7天（包括搭、拆脚手），工程总费用仅约为1100000元。由此可见，碳纤维布加固结构技术的优点很明显，应用前景很光明。8、探讨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；在混凝土结构的加固中，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，那么在其它的结构中，碳纤维布能否起到加强抗拉强度的作用呢因为碳纤维布在结构胶的作用下强度很高，其它结构在用碳纤维布加固后，会否象类似钢筋混凝土结构构件的超筋截面破坏一样产生负面影响呢单位面积重量G/M2径向纤维纬向纤维径向密度根/CM纬向密度根/CM220碳纤维尼龙线26516径向重量比例纬向重量比例碳布宽度MM积层厚度MM99161002积层厚度为加入树脂后其纤维体积含量为50时的厚度目前我所正在探索应用碳纤维布加固砖砌体的技术（如砖砌体在外界环境影响下产生的裂缝修补，采用碳纤维布来提高砌体的某些力学性能），该技术是粘贴碳纤维结构加固技术领域中的新生事物，如能成功，必将也能产生较大的经济效应。碳纤维在某通信机房加固中的应用姜安庆陆洲导王李果碳纤维增强聚合物（CARBONFIBREREINFORCEDPOLYMER简称CFRP）是一种新兴的高强材料，最早应用于航空航天等高科技领域。近年来在土木工程领域中的研究与应用得到了迅速发展。较之传统的结构加固方法，碳纤维加固技术是一种新型高效的加固修复技术，它具有高强、高效、施工便捷、使用面广等优点。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片材粘贴于混凝土表面，从而达到结构补强及改善受力性能的目的。此项技术在美国、日本等发达国家已成熟运用，在20世纪90年代后期国内才开始碳纤维加固技术的研究与应用，虽取得了一定的成果，但至今尚未形成系统的理论。1、工程概况随着通信事业的迅速发展，各地通信公司相继增设了一批通信机房。因通信设备荷载较大，一般民用建筑达不到使用要求。为确保使用安全，需对原建筑进行结构验算、结构加固等工作。某通信公司传输机房位于一办公楼三层楼面上，机房使用活载（60KN/M2）超过原办公楼使用活载25KN/M2。原楼面结构为主次梁现浇板体系（混凝土强度等级C40，板受力筋为级钢筋，梁受力筋为级钢筋）。结构验算表明，楼板无需加固，而主次梁正截面需进行加固。经过方案论证和经济技术可行性比较，并征得业主的同意，决定采用碳纤维复合材料进行加固。加固平面如图1所示。图1机房加固平面2、材料特性本工程使用了日本进口的碳纤维布（ST200），其主要性能指标见表1。表1碳纤维布主要性能指标型号单位面积质量（GCM2）设计厚度MM设计抗拉强度FCF/MPA弹性模量ECF/MPAST2002000111340023105粘贴用树脂采用国产JGN型建筑结构胶，其主要性能指标见表2表2JGN型建筑结构胶主要性能指标种类拉伸强度MPA压缩强度MPA剪切强度MPA适用温度可使用时间MIN基底树脂（JGNE）0381530修补树脂（JGNF）28501803840粘结树脂（JGND）285018038603、加固设计31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CFECFCF。因本工程建成后未经装修使用，加固设计时忽略碳纤维二次受力的影响。32设计方法321实用公式根据极限状态应力应变关系（图2），由平衡条件可得当2A时，FCMBXFYASFYASCFACF1MUCFACFH/2FYASH0/2FYAS/2AS当2A时，FCMBXFYASFYASCFACF2MUCFACFHASFYASH0AS图2截面极限状态应力示意图322规程公式根据碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程的规定，当混凝土受压区高度XCFBH时，其极限弯矩MUFYASH005GCFBHECFCFACF（105CFB）3其中，界限相对受压区高度CFB08CU/（CUCF）33次梁加固设计次梁截面BH400MM500MM，ASAS1018MM2截面弯矩MU242KNM331按实用公式计算首先估算混凝土受压区高度12MM2AS根据公式2,解得ACF531MM2332按规程公式计算界限相对高度CFB080003/000330010198512MMCFBH893MM根据公式（3），解得ACF517MM2333设计结论两种计算结果相比较，其误差（531517）/531264在工程设计误差许可范围之内。采取在梁底粘贴300MM宽碳纤维布两层（ACF666MM2），可满足设计和使用要求。34主梁加固设计主梁截面BH500MM550MM，AS2233MM2，AS1960MM2极限弯矩MU450KNM341按实用公计算首先估算混凝土受压区高度295MM2AS根据公式2,解得ACF1121MM2342按规程公式计算界限相对受压区高度CFB01985295MMCFBH893MM根据公式3,解得ACF1093MM2343设计结论两种计算结果相比较,其误差（11211093）/112125在工程设计误差许可范围之内。采取在梁底粘贴400MM宽碳纤维布3层（ACF1332MM2），可满足设计和使用要求。35构造做法为了加强梁底碳纤维布的锚固及增加梁的抗剪能力,在梁端每侧粘贴100MM宽U型箍3道,在主次梁相交处每侧粘贴100MM宽U型箍两道,具体做法如图3所示。图3梁加固示意1柱边3个U型箍，宽100MM，间距100MM；2次梁每侧2个U型箍，宽100MM，间距100MM；3碳纤维3层4、加固施工41施工准备粘贴碳纤维加固工艺,施工质量至关重要,直接关系到加固效果的好坏。为确保工程质量，工程开工前对每个施工环节、环境因素、人员素质进行了细致周密的考虑，对施工现场进行了清理。42施工步骤清除加固梁底及U型箍处吊筋等障碍物。用砂轮机将粘贴部位打磨平整，U型箍转角处打磨成R20MM的圆弧状，用吹风机清除浮尘并刷丙酮去脂。涂刷基底树脂（JGNE）使其渗透至混凝土内部，以提高混凝土与碳纤维之间的粘结力。用整平材料补树脂（JGNF）修复，填补不平整部位。涂刷粘结树脂（JGND），随即开始粘贴碳纤维布，多层粘贴时重复步骤（5）。粘贴完最后一层碳纤维布后再涂刷一道粘结树脂（JGND）。43施工要点因为通迅公司传输房属城市生命线工程中的重点部位，加之本工程加固工作量大，在施工中特别注意以下几点混凝土与碳纤维布之间界面处理和好坏直接影响到混凝土梁的加固效果。因此梁底面及U型箍处必须反复打磨平整，去除混凝土劣化部位，凹陷、缺陷处用修补胶找平。粘贴碳纤维布时必须两人密切配合，一人拉紧碳纤维布，一人用刮板从一侧边刮边贴，保证不留气泡，粘贴紧密。实践证明，刮板粘贴碳纤维布效果很好，碳纤维布空鼓率基本为零。注意搭接区粘贴，做好标记，保证搭接长度150MM。经现场锤测及邵氏硬度计测试，施工质量达到优良，取得了良好的加固效果。5、结语工程实践证明，CFRP加固技术对于混凝土结构及构件的补强加固效果十分理想，在基本不增大梁的截面尺寸及自重的前提下，该技术在施工工期、材料耐久性、施工质量等方面均达到了业主的要求，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1滕智明钢筋混凝土基本构件（第二版），北京清华大学出版社，19982中国工程建设标准化协会标准碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（征求意见稿）2000南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计杨建中熊光晶刘金伟谢慧才刘金华1、工程概况南方某宾馆是由某政府办公楼改变使用功能而成的商业服务楼。该建筑为6层全现浇钢筋混凝土框架结构，局部7层。建筑面积7000M2，于1993年建成，平面见图1。目前的使用情况为12层为餐饮，34层为桑拿，56层为卡拉OK歌舞厅。在2000年6月的质量检查中发现部分框架梁梁端存在明显斜裂缝，造成安全隐患。图1结构平面DE轴梁尺寸为250MM600MMEF轴梁尺寸为250MM900MM2、房屋的非破损检测及评定结论在2000年6月的检测基础上，于2001年4月再次对房屋外观和框架梁进行普检。21检测结果房屋外观质量良好，框架填充墙表面均未发现斜裂缝。采用超声回弹综合法进行框架梁混凝土强度检测，再采用取芯法进行修正从而确定混凝土强度值。检测结果表明，混凝土强度均大于22MPA。经普检，发现在第2、4、6层中有16根梁，共25个梁端出现斜裂缝，斜裂缝的倾斜角度较大（普遍大于45），裂缝宽度为0103MM。斜裂缝范围内箍筋间距基本满足设计要求，对梁的抗剪承载力进行计算，也均满足设计要求。22裂缝成因分析和可靠性鉴定结论由于建筑物外观良好，框架填充墙表面均未发现斜裂缝，梁端斜裂缝隔层出现，由此估计斜裂缝不是由于基础不均匀沉降造成的，又因为存在梁端斜裂缝的梁的箍筋间距和计算承载力均满足设计要求（GB502921999）1中425条规定，把出现梁端斜裂缝的16根梁评级为DU级，应对之进行抗剪加固。3、混凝土梁的抗剪加固31基本设计参数由加固平面图和构件尺寸可知,DF轴跨截面尺寸250MM600MM；EF跨梁截面尺寸250MM900MM，各梁的剪跨比均大于3，取3。根据检测结果可知混凝土强度均大于22MPA，取C22；箍筋为8MM，屈服强度为210MPA，箍筋间距按检测结果平均值计算。碳纤维布材料参数厚度TCF011MM，宽度WCF200MM，ECF21105MPA，极限应变CUF15。32竖直粘贴加固设计按我国在编规程2中44规定，采取双L型片材U型竖直粘贴的加固方式。计算公式为（1）CFBRBV,（2）CFVCFFCFFCFBHEWSTN,（3）CFUVCF1203,式中，VB为梁的剪力设计值；VB，RC为未加固钢筋混凝土梁的受剪承载力，按现行国家规范的规定3计算；VBCF为碳纤维片材承担的剪力；CF，V为达到受剪承载力极限状态时碳纤维片材的应变；为碳纤维片材受剪加固形式系数，对封闭粘贴取10，对U型粘贴取085，对侧面粘贴取070；为剪跨比。应该指出，上述公式2是国内外部分研究者和设计指南编写组通过碳纤维片材对混凝土简支梁进行抗剪加固的试验研究建立起来的。而连续梁的抗剪破坏发展方式与简支梁有显著区别，见图2。图2简支梁连续梁粘贴有效长度对比（A）U型粘贴；（B）简支梁C连续梁；（D）侧面粘贴；（E）简支梁简支梁（如图2B）在正弯矩作用下梁顶受压梁底受拉，临界斜裂缝在梁底面A处最宽，梁上部B处最小。而连续梁端的破坏发展形式相反（如图示2C），由于负弯矩的存在，梁底受压而梁顶受拉，临界斜裂缝在梁顶面B处最宽，梁下部A处最小。就抑制斜裂缝开展而言，在简支梁中的AD范围粘贴效果最佳，而在CF范围粘贴加固作用最小。这是因为简支梁中加固效果最好的AD范围的粘结锚固长度最大（见图2B中的阴影部分），这样便充分发挥了U形粘贴方式的优势。而抑制连续梁斜裂缝开展的最佳部位是图2C中的CF范围，但必须指出，在此范围内U形布的有效锚固长度恰好最短（见图2C阴影部分），故加固效果很小。在BE范围粘贴，对此两种梁的加固效果则相似。可见U形粘贴的加固效果对于连续梁而言只相当于侧面粘贴（见图2C和图2E）。所以对于连续梁，U形粘贴应按侧面粘贴来考虑，取070。表1加固前抗剪承载力VB，RC和加固后抗剪承载力的提高百分比加固位置梁高H/MM箍筋间距/MM加固前承载力VBR，C/105N纤维承载力VB，CF/105N水平宽度O/MM承载力共提高三层5EFE端90011031681458004577三层6EFE端900125291614512004972三层8EFE端900120299314510004845三层9EFE端900185231714510006258三层9EFF端90011730421458006258五层4EFE端900200222414510006521五层5EFE端900154256814510005646五层5EFF端900154256814510005646五层6EFE端900119300914510004818五层6EFF端90012029931458004845五层9EFF端900200222414510006521天面4EFE端90020022241456006521天面4EDD端600131186709068004853天面5EFE端900123294614510004922天面6EFF端90012129771458004870天面6DEE端6002001461090616006200天面7DEE端600200146109066006200天面7EFF端90011430941458004686天面8EFE端90010931871458004549天面8EFF端90016724521458005914天面8DEE端6001092094090614004326天面8DED端600148172809066005244天面9EFE端90011630591458004739天面9EFF端90010333111458004380天面9DEE端6002001461090612006200还应指出，规程推荐公式在两处局限，在实际工程应用中容易让人产生如下误解（1）式中HCF表示FRP抗剪承载力随梁高增高（粘结长度增加）而增加，但实际上如果粘结长度已经足够长，FRP脱胶时的应力水平不会随着粘贴长度的增加而增加；（2）式中（SCFWCF）表示只要纤维宽度和间距之和一定，承载力与粘贴纤维片数量多少无关（如图2C中，若以相同的间距（SCFWCF）分别粘贴两片与三片的承载力计算结果一样）。可见容易造成误导。建议将公式修正为下式VB，CF2ICFNCFWCFTCFCF，VECF（ICFHCF/（WCFSCF）（4）式中，ICF为与剪切裂缝相交的有效粘贴的纤维片材的片数。本工程中按竖直U形方式粘贴一层碳纤维布，为了保证足够的抗剪承载力，取碳纤维片材条带净间距SCF0，其承担的剪力为VB，CF。EF跨梁HCF800MM，30，则VB，CF145105NDE跨梁HCF500MM，30，则VB，CF0906105N33加固前抗剪承载力VB，RC和加固后抗剪承载力的提高百分比加固前抗剪承载力VB，RC按如下规范公式6计算。计算结果见表1。（5）OSVYOCRCBHAFHFV2510,根据裂缝情况确定各梁端竖直粘贴碳纤维片材总宽度O（如图2C），为保证有足够的竖直碳纤维布与斜裂缝相交，取OHCF（见表1）。最后在纤维上端贴上压条，使斜裂缝末端处有纵横纤维作用，以应对该处的复杂应力状态。可见,粘贴碳纤维布使梁的抗剪承载力提高了4362。4、结语连续梁抗剪工作机理与简支梁不同，建议将连续U形粘贴抗剪加固形式按侧面粘贴形式考虑，以保证加固设计的可靠性。参考文献1GB502921999民用建筑可靠性鉴定标准2中国工程建设标准化协会标准碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（征求意见稿）20003GBJ1089混凝土结构设计规范碳纤维复合材料CFRP加固技术在南京新街口百货商店改造工程中的应用陈朝晖李方政1、前言碳纤维复合材料（CARBONFIBERREINFORCEPLASTIC）加固修复混凝土结构技术是将碳纤维这种高性能纤维材料应用于土木工程，利用与其相配套的树脂类粘结剂（建筑结构胶）将碳纤维粘贴到结构或构件需要加固的部位表面，形成复合材料体（CFRP），通过其与结构或构件的协同工作，来提高结构或构件的承载力和延性的一种新型加固工法。该工法与传统的结构加固技术相比，以其轻质高强、耐腐蚀性和耐久性强、施工便捷、结结构影响较小等优点，广泛应用于国内外结构加固改造工程中。2、加固方案设计依据碳纤维材料加固混凝土构件，通常有以下几种方式沿构件主轴方向粘贴碳纤维，以提高构件正截面的抗弯能力；沿与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维，由碳纤维与原有箍筋共同分担剪力以提高构件的抗剪承载力；沿与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维以改善加固部位的延性，提高其抗震性能。目前在国内工程中应用最多的是第一种方式，即加固修复提高梁板正截面承载能力，使之满足使用功能要求。南京新街口百货商店一期改造工程中，经过现场勘察和设计计算，发现结构第1层、第2层和第5层由于使用功能的改变，局部梁抗弯承载力无法满足使用要求，经方案比较，采用在梁底通长方向粘贴碳纤维布，梁端附加碳纤维布条制成U字箍，既对梁底碳纤维布有较好的锚固作用，也提高了梁端部的抗剪承载力。局部改造平面如图1所示。图1南京新百一期改造平面（一层局部）1L003，300700MM（已有，要加固）；2L004，300700MM（已有，要加固）；3300800MM（已有，要加固）；4原有大楼已竣工部分；5圆筒部分不变3、工程简化计算方法31简化计算假定根据平截面假定，碳纤维的应变略大于钢筋应变，为简化计算，可以近似认为碳纤维的拉应变等于钢筋拉应变，这种简化是偏于安全的。按受力相等的原则，可以将碳纤维布的面积转化为等效钢筋面积，即ASEFYACFSFCFS（1）式中，ACFS、FCFS、ASE和FY分别代表碳纤维布的面积、抗拉强度等效的钢筋面积和钢筋的抗拉强度；为碳纤维布的强度折减系数。在工程应用中，对碳纤维的应变要加以限制也即控制碳纤维的实际拉应力，建议取2/3。碳纤维布的面积ACFS取其净面积，即ACFSTCFSBCFSN（2）式中，TCFS、BCFS、N分别为碳纤维布的计算厚度（MM）、幅宽（MM）和加固梁中碳纤维布的粘贴层数；为碳纤维布的粘贴层数的折减系数，因为粘贴层数越多，层间共同协调工作程度降低，仅粘贴一层时取1。文献1给出了粘贴层数多于一层时的取值。32施工参数设计在做碳纤维布加固受弯构件正截面承载力设计时，分别根据不同的截面类型，按照钢筋混凝土结构受弯构件的正截面承载力设计公式，由外荷载的增加计算出所需补充受拉钢筋的面积。然后按式（1）、式（2）设计碳纤维布布的布置参数。33等效配筋率的校核碳纤维布的施工参数设计完后，还要满足截面等效配筋率的要求。SS，MAX（3）式中等效配筋率；SS，MAX等效最大配筋率，（4）式中B、H、HO截面宽度、高度和有效高度；FY钢筋的抗拉强度；ASS构件中原配受拉纵筋面积（AS）与粘贴碳纤维布的等效钢筋面积（ASE）的总和，即ASSASASE；CF碳纤维布的允许拉应变，CF2U，CFS/3，U，CFS为碳纤维布的极限拉应变。4、碳纤维复合材料的选择加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要有两种碳纤维与配套树脂粘贴剂。碳纤维是高强度高弹性模量材料，强度是钢材的十几倍。建筑粘结剂种类繁多，选择与某种碳纤维布相容性好的粘结剂是关键。与碳纤维相配套的树脂粘结剂一般由4部分组成。即底层粘结剂、找平材料、浸渍树脂和防护材料。底层粘结剂必须能渗透进混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；找平材料用来修补结构表面的平整度，以便使用片材；浸渍树脂用以浸渍碳纤维片材在混凝土表面形成原位层板；防护材料用以保护碳纤维片材免受外界条件的影响，延长其使用寿命。树脂粘结剂的粘结强度应大于混凝土的拉伸剪切强度，且具有适宜的工作粘度，以便于施工操作。经过多方面分析比较，选用德国EP0300碳纤维布，与其配套的粘结剂选用北京中煤矿山工程有限公司研制的JCT6型碳纤维专用胶，其主要力学性能指标如表1、表2所列。表1碳纤维布（德国EP0300）的性能指标计算厚度（）抗拉强度MPA弹性模量MPA单纤维断裂伸长率单纤维直径106M01673550235105200053表2粘结剂JCT6型的性能指标308MAX,CFYCSOSHFA抗压强度MPA抗拉强度MPA正拉粘结强度MPA拉剪粘结强度MPA81317D167D137D5、本工程施工参数的设计以本工程一层2号梁为例，梁长L774M,原配受拉筋325（14722），受压筋222（7602）。由于营业面积的增加，使该梁线荷载增加至45KN/M，以双筋正截面承载力计算，所缺受拉钢筋面积为2712，由式（1）取FCFS3550MPA，则粘贴等效碳纤维布的面积ACFS352。施工时采用德国EP0300碳纤维布，单层厚度为0167，幅宽为梁底宽300，粘贴一层（面积5782）,即满足抗拉要求等效配筋率054，等效最大配筋率S，MAX074，即加固后属适筋梁。另外，端部设4道U字箍为构造锚固措施。梁加固方式如图2所示。图2梁加固方式示意图A立面；B剖面1梁底粘贴碳纤维布一层；2梁端部U字箍6、施工工艺61碳纤维复合材料加固混凝土结构施工工艺流程混凝土结构表面处理配制并涂刷底层粘结剂面层找平处理粘贴树脂的配制并侵润碳纤维布粘贴碳纤维布表面防护。62施工要点混凝土表面的处理程度直接影响加固效果。表面要打磨平整直至露出新面，涂底层粘结剂前，再用丙酮清洗一遍。碳纤维布一定要用粘贴树脂浸润透，尽可能让粘结剂充分渗入碳纤维单丝之间的空隙中，提高各单丝之间的共同工作性能。浸润后的碳纤维布用手轻压贴于需要的位置，用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，保证碳纤维布与结构之间密实无空洞，或者有效粘贴面积不小于95。碳纤维片材沿其纤维方向折直角会导致应力集中，影响其强度发挥。施工时将角部磨成圆角，可减缓应力集中，碳纤维布的强度基本不受影响。7、施工效果本工程自2001年4月竣工，投入正常使用近1年，没有出现任何质量问题，施工效果良好。参考文献1赵彤，谢剑著碳纤维布补强加固混凝土结构新技术天津天津大学出版社，20002中国工程建设标准化协会标准碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（征求意见稿）2000钢筋混凝土框架梁粘碳纤维加固现场加载试验徐德新刘小明余震徐芸王刚1、工程概况由于功能的改变，某国税局住宅楼部分钢筋混凝土框架荷载增加，原有截面及配筋不满足要求，为满足结构功能要求，需进行补强加固。经分析认为，采用碳纤维（CFRP）加固比较合理，采用碳纤维加固梁、板及柱，武汉大学及武汉长江建筑工程技术有限责任公司已进行了大量的试验研究，并已成功地应用于工程实际加固中，如广西工学院学生礼堂屋面板加固、湖北工学院体育馆的加固等。但由于该种新材料的研究及应用尚处于起步阶段，相应的技术规程尚未颁布实施，又因本次是对整栋大楼的加固，为进一步分析研究碳纤维加固后的性能，确保加固后结的可能性，我们对该楼中的两梁进行了粘贴碳纤维加固，并按设计院提供的荷载进行了现场加载试验研究。2、试验材料用于结构加固修补的碳纤维材料强度为普通建筑用钢的10倍左右，弹性模具与建筑用钢板在同一水平上并略有提高，是一种很好的结构加固修补材料。实际加固修补用面碳纤维材料为碳纤维织物，并有各种不同型号与尺寸。本次试验用CFRP及粘贴结构胶YZJ，其性能见表1、表2。表1结构加固修补用碳纤维材料L300C主要性能指标抗拉强度设计值MPA弹性模量MPA延伸率密度（M3）耐腐蚀性浸透性均匀度355024105201790优良好良好表2粘贴CFRP用长江牌（YZJ）建筑结构胶力学性能抗拉强度MPA抗剪强度MPA与混凝土粘贴强度MPA适用温度弹性模具GPA30352430224070563、计算分析采用碳纤维加固梁极限承载力的计算与普通混凝土梁有所不同。基本假定为梁受弯后，混凝土、钢筋及碳纤维应变符合平截面假定；混凝土、钢筋的应力应变关系按现行国家规范取用；不考虑受拉区混凝土的作用；碳纤维材料的拉应力取碳纤维材料弹性模量与其拉应变的乘积，即FEFFO根据上述假定，截面分布见图1，由平衡条件可得FBXFASFFAF（1）M12FFAF（HX/2）FAS（HOX/2）（2）其中，1为碳纤维材料强度折减系数，根据我们对9根混凝土梁粘贴碳纤维试验，可偏于安全取10608；2为碳纤维材料与原有钢筋的共同工作系数，加固构件属于二次受力结构，若原结构受力太大，碳纤维材料就不易达到强度设计值。为使碳纤维材料尽早地参加工作，故在实际工程加固时应尽可能地卸载，否则，在设计时应根据具体情况乘以共同工作系数2，2可取0810。本次加固前，已将大部分楼面板打掉。按上述公式计算，为满足设计要求，KL307梁需粘一层碳纤维，L302梁需粘二层碳纤维，其尺寸每层为01672003200。4、现场加载试验41检测内容根据设计院设计的加固图纸，对该住宅楼中的两根框架梁进行现场加载试验，加载的两根梁名称为8轴CF轴跨KL307梁；E轴24轴跨L302梁，加载示意见图2。在对框架梁粘贴碳纤维后，主要就以下内容进行测试在荷载作用下混凝土、碳纤维的应变；在标准荷载作用下的挠度；在标准荷载作用下混凝土梁裂缝的开展情况；在标准荷载作用下梁受压区高度的变化情况。试验梁分5级加载，由于荷载较大，采用千斤顶及砂袋加载。42应变片的位置在试验梁最大弯矩处顶、底、侧面及碳纤维表面分别粘贴应变片，见图2。安装千分表或百分表，实测在各级荷载作用下的挠度、应变，并观察裂缝发展情况等。图2KL307、L302梁加载及测点布置示意图KL307梁的10号测点为受拉主筋粘贴碳纤维时，必须将混凝土表面打磨平整、清理干净；转角粘贴处（如U形箍）应打磨成圆弧状，以保证碳纤维布与混凝土有良好的粘结。现场裁剪碳纤维布，分段粘贴时搭接长度不小于100，粘贴时用辊子滚压，挤出气泡。CFRP加固修补混凝土结构施工工艺与步骤见图3。图4KL307梁截面应变实测值图5L302梁截面应变实测值1标准荷载，2设计荷载1标准荷载，2设计荷载5、试验结果及分析51截面沿梁高的应变分析试验过程证明，碳纤维片材与梁底混凝土未出现分离现象，由KL307梁实测应变（表3）及平均应变分布（图4）、L302梁实测应变（表4）及平均应变分布（表5）表明，碳纤维片材加固后的梁，其平均应变的分布可以认为符合平截面假定。52挠度分析KL307梁、L302梁在加载过程中跨中荷载与挠度曲线见图6，在达到标准荷载时，实际挠度远远小于容许挠度，基本处于弹性状态，试验证明，未粘碳纤维梁与粘碳纤维梁相比，粘贴碳纤维的梁钢度增加，挠度减小。图3CFRP加固修补混凝土结构施工工艺与步骤表3KL307梁截面应变实测值106测点荷载/KN123456789101112P112，P25058463615019265239454976P142，P2107116109794922236058475170117P172，P216420918415087255097131109116118216P184，P2187260239190932961130163129141146286P196，P22103162822261132872151218179190173363P1116，P22243643302611312881170267227241199432注10号测点为受拉主筋表4L302梁截面应变实测值106（准备工作）临时设施工程（脚手架等）（基层处理工作）修补裂缝去除损伤劣化混凝土表面打平，将转角打成圆弧状（涂敷基底结构胶工作）确认混凝土表面状态搅拌、涂敷基底结构胶，利用腻子整平结构表面（铺贴碳纤维工作）表面涂浸渍结构胶绘制碳纤维布的设计图剪切碳纤维布铺贴基准放线确认基底结构胶面状态当多层铺设时搅拌浸渍结构胶涂浸结构胶铺贴碳纤维布测点荷载/KN12345678910P114，P25373428182419272433P133，P2158173623641942746896P152，P225142129995983062120120160P171，P2351751711327684990170157240P190，P2452162111629285499193175289图6荷载挠度曲线1加载曲线，2卸载曲线53裂缝分析根据混凝土结构设计规范（GBJ1089）对未加固梁KL307进行了裂缝宽度的计算，计算结果为裂缝宽度达0096MM。但对KL307梁在加载至标准值时，对梁截面下部进行了细致地观察和寻找，并没有发现裂缝，说明粘贴碳纤维后，延缓了梁的裂缝开展，或者说减小了裂缝宽度。54受压区变化分析由KL307梁的实测荷载和应变值（表3）可见，加荷前及加第一级荷载后，截面高度1/2（5号测点）处应变值为零，但从加第二级荷载后，载面高度1/2处应变值由零变为负值。受压区高度增加，这说明随着荷载的增加，碳纤维受力截面中和轴下移。随着荷载的增加，截面高度1/2处应变值基本稳定在30106左右，说明碳纤维与混凝土梁完全共同工作，结构胶粘结可靠。试验证明，在短期荷载作用下，碳纤维片材的粘贴仅满足弯矩图的要求，并没有出现碳纤维片材与混凝土分离的现象，但考虑荷载的长期效应，建议在大面积粘贴碳纤维用于梁、板的受弯加固时，碳纤维片材宜延伸至支座边缘。6、结论使用碳纤维片材提高钢筋混凝土受弯构件承载力的补强加固方法是有效的。粘贴碳纤维片材后，试验梁的受弯承载力明显提高。碳纤维片材加固混凝土梁计算方法是可靠的、安全的，能满足工程设计的要求。碳纤维片材补强加固钢筋混凝土梁时，截面的平均应变仍然符合平截面假定。在混凝土梁底粘贴碳纤维片材后，构件的刚度增大，挠度减小，试验加载表明，混凝土梁加载达到标准值时，实测挠度远远小于容许挠度。采用碳纤维片材加固的梁，混凝土梁裂缝出现较晚，在标准荷载作用下，裂缝宽度减小，甚至不出现裂缝。参考文献1丘清瑞，陈小兵，牟宏远碳纤维材料（CFRP）加固修补混凝土结构新技术工业建筑，1998，28（11）152王传志等主编钢筋混凝土结构理论北京中国中国建设出版社，1985272280碳纤维材料在某公共建筑抗震加固中的应用张轲肖国平于虹1、结构的鉴定分析某公共建筑使用功能为教学楼，建于1960年，主体为4层双排柱内框架结构，内框柱采用独立基础，基础埋深32M，建筑高度204M，局部区域为4层砖砌体结构，建筑面积8267，平面布置如图1所示。该建筑物由于建造时间较早，设计时未考虑抗震设防。内框架节点区梁、柱端部箍筋未加密，为使建筑物具有足够的抗震能力，按照建筑抗震鉴定标准（GB002395）对该楼进行抗震鉴定，结论表明，内框架梁柱节点区因箍筋直径及间距设置不满足要求必须进行抗震加固。图1结构平面示意图2、抗震加固方案的确定框架结构梁柱节点区由于受力复杂，规范中为保证“强节点、弱构件”的设计原则，通常采取在柱端和梁端一定区域箍筋加密的原则，防止节点区的脆性破坏，增强结构的抗震性能。本工程由于工期、资金和建筑功能的要求，对加固方案提出了很多限制，传统的抗震加固方案难以实施。在此基础上，我们通过制定各种合理方案，比较各方案的优缺点，从而确定最佳方案。21方案1粘钢加固法粘钢加固法是目前国内应用较普遍的传统的加固方法，但由于在粘结胶和钢板的交接面处容易发生锈蚀，从而削弱粘结强度，因而影响加固效果。22方案2粘碳纤维加固法碳纤维复合材料（CFRP）加固修复混凝土结构技术是20世纪80年代末90年代初在美、日等发达国家兴起的一项新型结构加固技术，与粘钢法相比，这种方法没有界面粘结强度的削弱问题，碳纤维加固法以其材料优越的力学性能（图2）、简便的施工工艺（图3）在土木工程加固改造中得到了越来越广泛的应用。该项技术与传统的加固方法相比有许多明显的优点，如高强高效、施工便捷、适用面广、良好的材料耐久性等。本工程由于对加固技术的要求较高，传统的加固方法难以奏效，而碳纤维加固由于具有需要的设备、机具较少，不会产生明火，不改变原有结构的尺寸，不增加原有结构的荷载，施工影响较小等特点，比较适合。各方案比较见表1，可以看出，对本工程来说，方案2是一种较合适的加固方法。表1碳纤维加固方法与其他加固方法比较影响因素加大截面法、粘钢加固法等传统加固方法粘贴碳纤维加固方法对原结构自重断面等的影响影响较大，结构自重增大，截面尺寸增大，净空减小基本不增加结构自重和截面尺寸，为布状片材，每平方米重量约2N，每层厚度仅0111，而且强度为钢的10倍以上施工工艺施工工序较繁琐，有湿作业，需要相关的机械设备，需占用较大场地、空间施工便捷，手工操作，无需大型机具，没有湿作业，施工工效高耐久性外加钢结构易发生锈蚀，需耐酸碱盐及大气环境的腐蚀，基本定期维护不需后期维护工期较长较短工程造价较低长期经济效益佳图2纤维复合材料与金属材料各项性能对比示意1钢，2铝，3复合材料图3碳纤维布加固的施工工艺3、结构的加固设计及加固效果31结构的加固设计碳纤维材料为线弹性材料，其本构关系如图4所示。图4材料本构关系图5CFS约束下混凝土柱的轴向应力应变关系模型混凝土柱采用碳纤维约束后的应力应变的函数关系1模型，如图5所示，该模型应力应变关系与试验值吻合较好，可以很好地反映CFS的约束效果。采用碳纤维布环向粘贴加固混凝土柱时，能提高柱子受剪承载力并增大延性系数，其延性加固效果非常明显；加固柱子时碳纤维的作用相当于箍筋，但由（准备工作）临时设施工程（脚手架）（基层处理工作）修补裂缝，去除损伤劣化的混凝土并进行修补，混凝土表面打磨平整，将转角打磨成圆弧形（涂敷基底树脂工作）确认混凝土表面状态，搅拌、涂敷基底树脂并用腻子找平结构表面（铺贴碳纤维布工作）绘制碳纤维布的设计图裁剪碳纤维布铺贴基准放线确认基底树脂面状态（多层铺贴时）搅拌树脂涂树脂铺贴碳纤维布表面涂粘贴树脂涂装、搅砂浆、耐火喷涂于有混凝土保护层的存在，其对内部混凝土的约束比箍筋更有效。加固设计时在混凝土梁柱原有箍筋的基础上，沿垂直于构件轴向U形或环向粘贴碳纤维，其总折算配箍特征率满足相应规范要求，节点区抗震性能显著增强。加固设计及施工如图6所示。图6碳纤维加固示意1梁侧U型粘贴碳纤维布宽200MM，间隔200MM；2柱环形粘贴一层20型碳纤维布宽200MM，间隔200MM32结构的加固效果节点区采用碳纤维材料加固处理后，梁柱断面尺寸和重量没有增加，构件外形没有改变，其加固效果如图7所示。图7节点加固详图4、结论本工程的主体结构加固改造已完工，碳纤维粘贴量为300，整个工期为20D，保证了工期，加固质量也得到了很好的保征，收到了很好的综合效益。在建（构）筑物的抗震加固中，有许多问题有待我们去研究解决，