摘要：碳纖維增強塑料(CFRP)加固修補混凝土結構技術是一項新興的結構加固技術，由于碳纖維材料的輕質、耐腐、高強及施工便利，在加固領域得到了大量應用。本文從碳纖維加固結構的優越性出發，對碳纖維布加固鋼筋混凝土的理論進行了分析，并就碳纖維加固在建筑物中加固設計的注意事項做了闡述。

　　關鍵詞：碳纖維增強塑料、鋼筋混凝土、加固

　　Abstract: Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) reinforced concrete structure repair technology is a new structure strengthening technology, because the carbon fiber materials, light weight, high strength and corrosion resistance, construction is convenient, in the reinforcement areas to be a lot of application. This paper, from the carbon fiber reinforced the superiority of the structure of reinforced concrete of the CFRP reinforced the theory analysis, and the carbon fiber reinforced in building in the strengthening design matters needing attention of the paper.

　　Keywords: carbon fiber reinforced plastics, reinforced concrete and reinforcement

　　中圖分類號：TV331         文獻標識碼：A               文章編號：

　　引言

　　混凝土結構的修復加固中，加固方法的選擇，應根據結構功能要求、結構所處的具體條件以及經濟合理等因素進行綜合分析決定。

　　工程中常用的加固方法可以歸納為直接加固法和間接加固法兩類。其中，直接加固法就是通過一些技術措施，直接提高構件的剛度和承載能力；間接加固法就是根據結構體系的條件，通過其它途徑改變結構的傳力，從而相對地提高結構的承載能力。

　　傳統加固補強技術整體水平比較落后，施工方法和工藝比較復雜，設備繁多且受場地因素限制。作為新興的纖維增強加固技術，特別是粘貼碳纖維加固法修復混凝土結構具有高強高效、施工便捷、耐銹蝕、自重輕、不增加結構尺寸等明顯的優點。

　　一、碳纖維加固結構具有一定的優越性

　　碳纖維加固結構的基本原理就是將抗拉強度極高的碳纖維用環氧樹脂預浸成為復合增強片材;用環氧樹脂粘結劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼需加固的結構上，從而形成一個新的組合受力整體，使碳纖維片材與鋼筋混凝土結構共同受力承受荷載，有效傳遞剪力，降低了鋼筋應力，增大結構的承載能力，提高結構的強度、剛度和延性，達到補強、加固的目的。

　　與傳統的加固方法相比，碳纖維加固結構具有一定的優越性：

　　（1）高強高效。

　　碳纖維的強度高，極限抗拉強度約為鋼材的10倍、彈性模量和鋼材相近，而質量約為鋼材的115，不需要大型的機器設備，便于施工操作，節約加固時間，加快結構加固修復進程。且耐腐蝕、不生銹，對受鹽害和腐蝕物質影響的混凝土結構物有良好的保護效果。

　　（2）耐腐蝕、耐久性好。

　　碳纖維和環氧樹脂對大部分無機、有機酸及堿都具有較好的安定性，當PH值在3-13范圍內性能基本穩定的，碳纖維在600℃高溫下性能保持不變，在零下180℃低溫下仍具有很好的韌性，環氧樹脂膠在零下540C-82℃范圍內強度不降低，當環境濕度低于70℃時，對樹脂的固化和粘結影響也不大。

　　（3）施工質量易保證。

　　碳纖維材料的柔性好、剛性低，可以加固不同表面的結構，當構件表面凹凸不平，通過粘結膠，可以使碳纖維材料與被加固結構完全接觸，保證粘貼率，從而有效地提高結構加固后的性能。

　　（4）適用性廣。

　　碳纖維因具有一定的柔韌性和耐腐蝕性，變形性能好，能隨意裁剪，適用各種形狀和尺寸的結構及各種環境下的結構加固。

　　二、碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的理論分析

　　1、基本假定

　　從理論上對碳纖維加固梁正截面抗彎進行計算時，作如下基本假定：CFRP加固混凝土受彎構件正截面平均應變滿足平截面假定；在達到受彎承載力極限狀態前，各種材料變形協調，混凝土與受力鋼筋之間、碳纖維與混凝土之間粘結可靠，沒有相對滑移，碳纖維與混凝土之間不發生粘結剝離破壞，且鋼筋和CFRP的應變與相同水平位置的混凝土縱向纖維的變形

　　相同；當加固結構考慮二次受力時，應根據加固時的荷載狀況，按截面應變保持平面的假定計算碳纖維的滯后應變；不考慮截面受拉區混凝土的作用。

　　2、材料的本構關系

　　凝土為彈塑性材料，應力一應變關系按現有混凝土結構規范取值，變達到極限應變時，混凝土被壓碎。不考慮截面受拉區混凝土的作用；取應力-應變關系為：

　　當 時；

　　當時。

　　式中：為混凝土的極限抗壓強度。如圖1所示，其關系式如下:

　　圖1 材料的本構關系

　　(2)鋼筋為完全理想的彈塑性材料，當其應力小于屈服強度時，應力一應變關系為線性，服從虎克定律，當應力介于屈服強度與極限強度之間時，應力保持不變;取應力一應變關系為:

　　當 時

　　(3)碳纖維材料為理想線彈性材料，當應力達到極限抗拉強度時，碳纖維斷裂;取應力一應變關系為:

　　當時

　　三、碳纖維布加固在建筑物中加固設計的注意事項

　　碳纖維布加固在建筑物中加固設計的注意事項主要體現在以下幾個方面：

　　（1）首先應充分調查研究并掌握建筑物的原始資料、受力性能和事故狀況，并作周密細致的全面評定，再根據房屋種類、結構特點、材料情況、施工條件以及使用要求等綜合考慮進行加固設計，才能做到摸清根源對癥下藥。

　　（2）根據房屋的重要程度，分清主次，明確項目，區別對待，在一般民用建筑中，要優先加固人員集中的房屋(如影劇院、禮堂)和要害部門(如通訊用房等);應盡量保留和利用有價值的結構，避免不必要的拆除，同時又要能保證保留部分的安全可靠性和耐久性，若要拆除也應考慮對拆除材料加以回收及重新利用的可能性。

　　（3）加固工作直接影響生產和群眾生活，，因此，在確定加固方案和作法時，要盡量減少對生產的影響或使用者的影響及搬遷。例如，盡可能在建筑特外圍進行加固，在內部盡量減少濕作業，以減少對生產以及住戶的干擾。

　　（4）由于高溫、銹蝕、凍融、振動、地基不均勻沉降等原因造成的結構損壞，加固時必須同時考慮消除、減少或抵御這些不利因素的有效措施，以免加固后的結構繼續受害，避免二次加固。

　　（5）結構或構件加固除滿足承載力要求外，還要有足夠的抗震能力，不應存在因局部加強或剛度突變而形成新的對抗震不利的薄弱層或薄弱部位，同時也要注意由于結構剛度的增大而導致地震力增大所帶來的影響。結構加固應滿足抗震有關要求和提高結構的延性和整體性。

　　（6）加固設計除必須對結構的分析和承載力的校核和計算外，還要求構造合理連接可靠;加固方案應是切實可行、安全可靠、施工方便的，盡量減少施工難度;加固施工往往是在荷載存在的情況下進行，必須采取有效措施，如設置臨時支撐、進行卸載處理等，防止和避免在加固施工中發生安全事故。

　　（7）加固確有困難或通過經濟綜合比較確實不合理，而原結構損壞又不嚴重時可采用改變結構用途或減少和限制荷載的方法進行處理.減載處理方法可改用輕質隔墻、輕質保溫或隔熱材料，上部結構改用輕鋼結構;樓面的設備在工藝允許情況下合理挪位;減少或限制樓層的使用荷載等。

　　結論

　　總之，碳纖維增強塑料加固設計是項細致的工作，它是利用樹脂類膠結材料將碳纖維材料粘貼于混凝土表面，從而達到對結構構件補強加固及改善結構受力性能的目的，由于碳纖維材料的輕質、耐腐、高強及施工便利，在加固領域得到了大量應用。由于房屋加固受已有建筑各種條件的限制，應從實際出發，因地制宜，因陋就簡，切實可行地進行設計，并繪制詳細而完備的加固圖紙，經審定后，再行施工。

　　參考文獻

　　【1】王秋霞.世界復合材料強國與我國的復合材料現狀及發展動向 《玻璃鋼/復合材料》 1999 第1期

　　【2】張曉虎，孟宇，張煒.碳纖維增強復合材料技術發展現狀及趨勢《纖維復合材料》 2004 第1期