CFRP加固钢筋混凝土柱的应用技术

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1、CFRP加固钢筋混凝土柱的应用技术　　【摘要】本文主要通过采用CFRP布约束混凝土的方法提高混凝土框架柱轴压比的机理分析，来探讨实际工程中钢筋混凝土柱在轴压比满足不了抗震设计要求的情况下，如何对CFRP布约束混凝土柱进行加固处理的施工技术方法。　　【关键词】CFRP布；加固设计；混凝土柱；施工技术　　CFRP加固技术兴起于20世纪80年代，于90年代后期在我国迅速发展起来，碳纤维CFRP是目前整个土木工程界使用最为广泛且热门的加固材料，国内外很多科研单位和高校就碳纤维CFRP加固混凝土构件这项新技术进行

2、了大量的研究。随着试验研究的深入，该加固技术的适用范围不断扩大，应用技术不断改进。建筑工程加固所用CFRP布不但具有优异的物理力学性能，还具有良好的粘合性、耐热性及抗腐蚀性。该加固方法施工十分方便，工效很高，加固完成后，基本上不改变构件的自重及体积，并且结构在以后的使用过程中无需再投入维护费用，使用寿命长。碳纤维CFRP加固钢筋混凝土柱具有施工简单、抗腐蚀能力强、约束效果好、基本不需要维修保养等特点，所以在因设计失误、施工不当或使用功能改变等造成的结构或构件不能满足现行规范规定的正常设计使用要求，而需采

3、取措施进行补强的应用案例逐日递增。　　1、CFRP加固钢筋混凝土柱机理分析5　　CFRP是碳纤维增强塑料的简称，基材由树脂和固化剂组成，用树脂（内加固化剂）浸润碳纤维，待树脂固化后形成的直径为5μm～20μm的连续纤维。CFRP的密度小，为普通钢材的1/6；强度高，抗拉强度可以达到3.0GPa-4.0GPa，约为普通钢筋的4～6倍；抗腐蚀性能好，强度不受酸碱腐蚀介质的影响；非磁性，不影响电磁信号的传播；抗疲劳性能优良，疲劳寿命普遍高于钢材；温变系数和混凝土相当；弹性模量和钢材相近，可高达500GPa；极

4、限延伸率为1%；密度比铝小，柔韧性极好。以上特性表明这种材料不仅强度高、变形小、抗腐蚀能力强，而且容易和混凝土构件结合为一个整体，共同承担荷载和变形。　　钢筋混凝土柱在承受轴向压力时，构件由于受压引起极限值非常小的横向扩张，如能在构件四周创造横向约束，阻止受压构件的这种横向扩张，即可提高构件抗压承载力和变形能力。CFRP加固钢筋混凝土柱就是采用CFRP布及环氧树脂胶组成的复合材料横向包裹混凝土柱体来提高其竖向承载能力的一种方法。混凝土柱和CFRP增强带之间的相互作用力称为界面约束应力，混凝土柱受横向界面

5、约束应力的作用，塑性区的核心混凝土处于三轴受压的应力状态，限制了混凝土的横向变形，使核心混凝土变为约束混凝土，与单向受力状态相比，混凝土的极限压应变和承载力会大大提高；如果不考虑失稳的影响，在柱子的弯曲承载力没有明显下降的情况下，加固后的钢筋混凝土柱具有较大的延性与耗能能力。5　　CFRP对钢筋混凝土柱的界面约束只有当混凝土向外横向扩张时（产生塑性变形），方能对混凝土产生约束应力，是一种被动约束，因此环向外包CFRP在承受荷载时表现出两阶段的受力过程：第一阶段，混凝土轴向压应力较小，横向变形较小，主要在

6、线弹性阶段，CFRP受力较小，CFRP环向应变很小；第二阶段，随着荷载的增加，柱混凝土变形增大，CFRP环向应变显著增长，环向约束力迅速增加，该约束力限制了柱刚度的降低，使混凝土强度得到了较大的提高，延性显著增强，直至CFRP布达到其极限拉伸应变时发生断裂。　　2、CFRP加固钢筋混凝土柱的施工技术要点　　1）CFRP加固钢筋混凝土柱适用于圆柱或小截面矩形柱（截面边长一般小于800mm），对小偏心受压柱采用CFRP约束的的方法提高其承载能力是有效的，但大偏心条件下采用CFRP约束的方法对柱的承载能力提高

7、量非常小，采用纵横向联合粘贴碳纤维对提高柱的承载能力效果较好。加固的前提条件是构件的核心混凝土未被破坏，尚具有一定的承载和变形能力。　　2）在粘贴碳纤维布前，必须先对加固柱的柱体表面打磨平整，除去表面杂质，柱的四角打磨成半径不小于20mm的光滑圆弧状，并将柱表面清理干净保持干燥，以保证其粘结效果；合理地使用修平胶进行找平填补，底胶及浸胶必须涂刷均匀，以免造成界面的剥离破坏；底胶及修平胶表面指触干燥后应立即进行下道工序；混凝土构件表面修复平整后方可在外面包裹CFRP布，以增大其接触面积，便于应力传递以及避

8、免发生应力集中现象。构件表面的修复工作极为重要，将直接影响CFRP对混凝土横向约束效果。　　3）钢筋混凝土柱加固前的卸荷工作经常被忽视，混凝土构件在负荷外包CFRP时，外包CFRP相对于混凝土柱表面存在应变滞后，常发生CFRP尚未被拉断混凝土已被压坏的情况，这种效应使得CFRP的补强效果降低，不能充分发挥CFRP的高强抗拉性能。5　　4）对需加固的小偏心受压柱采用间隔横向包裹CFRP布的方法进行加固设计。每道布宽200mm，包裹间距为50m