碳纤维加固技术在改造工程中的应用

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1、碳纤维加固技术在改造工程中的应用摘要：碳纤维具有强度高、自重轻、施工方便、快捷、应用广泛等优良性能，因而利用碳纤维布加固钢筋混凝土构件以提高承载力及延长寿命是目前比较流行的方法，在建筑业中有着广泛的发展前景。本文以一个小型改造工程应用为例介绍了碳纤维复合材料在因功能改变引起荷载变化的结构构件加固中的计算方法和施工工艺，供同行参考。关键词：碳纤维复合材料混凝土结构加固技术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

2、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，在航空、航天、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子、运动器材等众多领域得到了广泛的应用。采用碳纤维布加固具有以下几个优点：1、抗拉强度高，是普通钢材的10倍；2、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；3、自重轻（约200g/m2），密度只有普通钢材的1/4；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，适合任何形状；4、施工简便（不需大型施工机构及周转材料），没有湿作业，易于操作，经济性好；5、适用范围广，施工工期短。1、工程概况四平市站前住宅楼，

3、建造于90年代初，底部框架剪力墙结构结构，底部2层框架，上部4层住宅。原设计1，2层为餐厅（活荷载为2.5KN/m2）,厨房（活荷载为4.0KN/m2）设在一层。现计划重新装修开设肯德鸡连锁店，将厨房移到2层，原1层厨房位置设售餐台。由于功能改变导致荷载增大，原2层局部梁将不能满足设计要求，需要加固。经过方案论证和经济技术可行性比较，决定采用碳纤维复合材料进行加固。2、材料特性⑴本工程使用德国进口的碳纤维布（C200），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（g/cm-2）设计厚度mm抗拉强度fcf(Mpa)弹性模量

4、Ecf(Mpa)UDO2002000.11149002.3×105⑵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2：配套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（JGN-E）---0～3815～30修补树脂（LGN-F）＞28＞50＞180～38＞40粘结树脂（JGN-D）＞28＞50＞180～38＞603、加固设计3.1基本假定碳纤维材料加固后混凝土梁的极限承载力计算采用如下基本假定：受拉区混凝土的作用忽略不计；梁受弯后，混凝土、钢筋及碳纤维应变符合平截面假定；（3）碳

5、纤维材料采用线弹性应力-应变关系：σcf=Ecf×εcf且εcf<0.01。3.2加固设计根据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（CECS146:2003）〔1〕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。取A轴梁跨中为例梁截面：b×h=350mm×650mm，C30混凝土，原梁配有As0=2900mm2As0’=980mm2设计弯矩：Mu=510Kn·m按原设计计算最大弯矩设计值：x=(fyAs－fy’As’)/fcb=115mmMu=fcbx(h0－x/2)

6、+fy’As’(h0－a’)=14.3x350x115x(585-57.5)+300x980(585-40)=463.6kN·m本设计采取在梁底粘贴300mm宽碳纤维布3层（Acf=99.9mm2）,按规程公式计算碳纤维片材厚度折减系数：km=1-ncfEcftcf/420000=1-3x2.3x105x0.111/420000＝0.818[εcf]=kmεcfu=0.017>0.01取[εcf]=0.01界限相对高度：ξcfb=0.8Xεcu/(εcu+[εcf])=0.8×0.0033/((0.0033+0.01)=0.1985混凝

7、土受压区高度x和受拉面上碳纤维片材的拉应变εcf应按下列公式进行计算：1）、fcbx=fyAs－fy’As’+EcfεcfAcf2)、x＝0.8εcu/εcu+εcf解得：ξcfbh＝0.1985x650＝129<χ≈137mm<ξbh0=329m;εcf=0.0051根据规范公式4.3.2-1,M=fcbx(h0－x/2)+fy’As’(h0－a’)+EcfεcfAcf(h－h0)=14.3x350x137x(585-68.5)+300x980(585-40)+2.3x105x0.0051x99.9x65=524kN·m由计算结

8、果可知经过加固，此梁的最大弯矩设计值比原来提高了13％。3.3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160mm宽U型箍1道,在主次梁相