工程方案-混凝土結(jié)構(gòu)加固資料集

本文由結(jié)夢(mèng)邂榮貢獻(xiàn)

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目錄

1,碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的原理與施工技術(shù)探討12,碳纖維在某通信機(jī)房加固中的

應(yīng)用53,南方某賓館混凝土框架梁抗剪加固設(shè)計(jì)94,碳纖維復(fù)合材料(CFRP)加固技術(shù)在南

京新街口百貨商店改造工程中的應(yīng)用135,鋼筋混凝土框架梁粘碳纖維加固現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)

166,碳纖維材料在某公共建筑抗震加固中的應(yīng)用207,玻璃纖維聚合物在腐蝕環(huán)境下補(bǔ)強(qiáng)加

固工程中的應(yīng)用238,混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維加固技術(shù)及其適用性279,碳纖維布加固鋼筋混凝

土梁受彎承載力設(shè)計(jì)方法的研究3110,碳纖維布加固預(yù)應(yīng)力混凝土空心板新技術(shù)3511,高

強(qiáng)復(fù)合纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用3812,碳纖維布加固混凝土梁截面剛度計(jì)算40

13,銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)與加固4314,碳纖維加固的“反拱預(yù)應(yīng)力技術(shù)”及其提高鋼結(jié)構(gòu)

承載能力的分析4915,CFRP加固某大廈框架柱抗震性能的設(shè)計(jì)與施工5316,碳纖維材料在

橋梁加固工程中的應(yīng)用5717,碳纖維布用于鋼筋混凝土工字梁橋抗彎加固的試驗(yàn)研究與分析

6118,纖維薄板加固混凝土剛架拱橋的工程實(shí)踐6519,碳纖維材料加固混凝上梁板技術(shù)在實(shí)

際工程中的應(yīng)用697220,碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)在公路T型截面橋梁加固設(shè)計(jì)與應(yīng)用

21,特種荷載作用下，碳纖維(CFRP)技術(shù)在橋梁加固工程中的研究與應(yīng)用7822,樓板開(kāi)洞改

造有限元分析及粘貼碳纖維加固方法8523,玻璃纖維聚合物混凝土在腐蝕環(huán)境下天車(chē)道軌二

次灌漿中的應(yīng)用研究8724,碳纖維加固技術(shù)在橋梁補(bǔ)強(qiáng)工程中的應(yīng)用90

碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的原理與施工技術(shù)探討徐洪平1,碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩

者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的(抗彎，抗剪)承載能力，由此而達(dá)到對(duì)建筑物進(jìn)行加固,補(bǔ)強(qiáng)的

目的.碳纖維增強(qiáng)聚合物(CarbonFibreReinforcedPoly-mer簡(jiǎn)稱(chēng)CFRP,也稱(chēng)為碳纖維增

強(qiáng)塑料）是由環(huán)氧樹(shù)脂粘高抗拉強(qiáng)度的碳纖維束而成的.使用碳纖維布加固具有以下幾個(gè)優(yōu)

點(diǎn):a,強(qiáng)度高（強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍），效果好;b,加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性

及耐久性;c,自重輕（約200g/m）,基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸;柔性好，易于裁剪，適用

范圍廣;d,施工簡(jiǎn)便（不需大型施工機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料），易于操作，經(jīng)濟(jì)性好;e,施工工期短

（本工程實(shí)例僅用一周）；因此,碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)方面已產(chǎn)生較大的效應(yīng).

碳纖維加固技術(shù)適用于各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ),如梁,板,柱,屋架,橋墩,橋

梁，筒體，殼體等結(jié)構(gòu)，要求基層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15即可;另外，磚砌體的某些力

學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固.2,碳纖維布加固的原理用于建筑結(jié)構(gòu)加固的碳纖維材料

具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度一般為建筑用鋼材的十幾倍；但是，碳纖維材料織成碳纖

維布后,其中的各碳纖維絲很難完全共同工作,在承受較低的荷載時(shí),一部分應(yīng)力水平較高的

碳纖維絲首先達(dá)到其抗拉強(qiáng)度并退出工作狀態(tài)，以此類(lèi)推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體

破壞.而使用粘結(jié)劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度,故碳

纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結(jié)劑對(duì)碳纖維布的加固起著

關(guān)鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作,從而達(dá)

到加固的目的.3,工程概況某制藥廠保太松車(chē)間建于1984年，因長(zhǎng)期受腐蝕性氣體的侵蝕,

三根薄腹梁下弦混凝土與鋼筋均遭受?chē)?yán)重腐蝕,導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開(kāi)裂,酥松,剝落,下弦鋼

筋銹蝕，剝落,鋼筋受力截面削弱,危及結(jié)構(gòu)安全,影響工人的生產(chǎn)情緒;經(jīng)與設(shè)計(jì)人員一起進(jìn)

行分析比較,選擇粘貼碳纖維布進(jìn)行加固，能防止腐蝕性氣體的侵蝕,延長(zhǎng)梁的使用壽命（薄

腹梁見(jiàn)圖1）,4,碳纖維布加固的依據(jù)及前提碳纖維布加固的依據(jù)及前提4.1碳纖維布加

固的依據(jù)⑴某制藥廠提供的保太松車(chē)間圖紙.⑵屋架的腐蝕情況.⑶薄腹梁的實(shí)際檢測(cè)強(qiáng)

度.⑷《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程》.4.2碳纖維布加固的前提首先,利用回彈法對(duì)薄腹梁

混凝土進(jìn)行檢測(cè)，以供加固參考.經(jīng)檢測(cè),混凝土的實(shí)際強(qiáng)度為C30.根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，及現(xiàn)場(chǎng)混

凝土，鋼筋的腐蝕情況，考慮提高下弦的抗拉強(qiáng)度等級(jí)，為此，將61Omni寬的T700S型碳纖

維布裁成兩半，分兩層粘貼在下弦的底面及兩側(cè)（薄腹梁下弦寬度為200mm）,加固后，相當(dāng)

于增加原受拉鋼筋面積的46%,彌補(bǔ)了由于原鋼筋銹蝕而造成的截面削減,構(gòu)件的承載力得到

加強(qiáng),而且,總體配筋率PminWPWPmax，可以滿(mǎn)足使用要求.4.3碳纖維布的設(shè)計(jì)因梁

底寬度為200mm,而碳纖維布的寬度為610mm，兼顧加固時(shí)碳纖維布的幅寬效應(yīng)及下弦的受拉

范

1

2

圍，考慮將碳纖維布裁為兩半，一層為300mm寬，一層為310mm寬，分兩層粘貼在梁

的下側(cè)及兩面?zhèn)冗叄▋蓚?cè)邊高度為50-55mm）,應(yīng)注意:轉(zhuǎn)角處須處理成圓角（R，10mm）,詳

見(jiàn)圖L

圖1

薄腹梁加固

1-粘貼碳纖維布二層（第一層寬度300mm，第一層寬度310mm）2-粘貼碳纖維布二層（第

一層寬度300mm,第一層寬度310mm）

5,碳纖維布加固的施工5.1施工準(zhǔn)備5.1.1施工材料的準(zhǔn)備遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院

生產(chǎn)的JGN-C膠（底膠）及JGN-P膠（粘著膠），T700s型碳纖維布.5.1.2輔助材料的準(zhǔn)備

專(zhuān)用滾筒,刮板,角向磨光機(jī),剪刀，鑿子,榔頭，臺(tái)秤,丙酮.5.1.3搭設(shè)腳手架按安全規(guī)程要

求搭設(shè)好腳手架，高度以方便施工為前提.5.2施工工藝⑴把屋架下弦被腐蝕部位的疏松混

凝土鑿掠，把銹蝕的鋼筋用鋼絲刷刷抻被銹蝕層.⑵補(bǔ)粉鑿除的混凝土梁用SJ-601防腐砂

漿補(bǔ)粉鑿除的混凝土梁（對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)），并養(yǎng)護(hù)

三天.⑶用壓縮空氣將表面浮塵清除干凈［未鑿部位（需加固處）用混凝土角磨機(jī),砂紙等機(jī)具

除去混凝土表面的浮漿,油污等雜質(zhì),構(gòu)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］，用丙酮將需粘貼處清洗干凈.⑷涂底膠將JGN-P膠甲乙組分按需按3:1的重量

稱(chēng)好,放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將它均勻地涂在屋架底面（兩側(cè)刮150mm）,待膠

固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn)）再進(jìn)行下一工序施工.注意:調(diào)好的底膠

須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完，一般情況下40min內(nèi)用完.⑸找平混凝土表面凹陷部位用修補(bǔ)膠

（JGN-C膠摻入兩倍粉料）填平,模板接頭等出現(xiàn)高度差的部將JGN-C膠甲乙組分按3:1的

重量稱(chēng)好,放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將位應(yīng)用修補(bǔ)膠填補(bǔ),盡量減少高度差.⑹粘

貼碳纖維布膠均勻地涂刮在底膠匕需粘貼碳纖維布處,隨即把按設(shè)計(jì)要求已裁剪好的碳纖維

布粘貼在設(shè)計(jì)部位,然后用專(zhuān)用滾子沿碳纖維布的受力方向來(lái)回滾壓,擠出汽泡.待指觸干燥

后，即可以進(jìn)行第二道碳纖維布的粘貼，方法同第一道.注意：碳纖維布的搭接長(zhǎng)度一般為

100mm,端部用橫向碳纖維布固定.⑺兩道碳纖維布粘貼完,待指壓干燥后，再刮涂一層JGN-C

面膠，來(lái)回滾壓，使膠充分滲入到碳纖維布中去.⑻待面膠指觸干燥后，表面做一層保護(hù)層

（防火涂料或水泥砂漿）.

2

6,有關(guān)材料的技術(shù)指標(biāo)目前，國(guó)內(nèi)碳纖維材料及配套結(jié)構(gòu)膠的生產(chǎn)廠家有多家,選購(gòu)前

應(yīng)認(rèn)真了解材料的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及操作說(shuō)明，我所所用的各材料指標(biāo)如表1?表3.

表1抗拉強(qiáng)度彈性模量（MPa）（MPa）50002.35X10

5

結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)用碳纖維材料（CFRP-T700S）主要性能指標(biāo)延伸率（%）2.1表2密度

（g/cm）1.8碳纖維織物數(shù)據(jù)徑向密度徑向纖維碳纖維緯向重量比例%1表3緯向纖

維根/cm尼龍線(xiàn)碳布寬度（mm）610建筑結(jié)構(gòu)膠主要技術(shù)性能指標(biāo)JGN-C粘貼碳纖維專(zhuān)

用膠白色蠟狀膏體棕色液體>30.0>20.0>50.0>30.0<5000cp（不流掛）0.6

1.Okg/m>90min<3.Oh甲：乙=3:1

23

耐腐蝕性?xún)?yōu)

浸透性良好

均勻度良好

單位面積重量（g/m）220徑向重量比例%99

2

緯向密度根/cm1.6積層厚度為加入樹(shù)脂后其纖維體積含量為50%時(shí)的厚度

2.65積層厚度（mm）0.2

結(jié)構(gòu)膠名稱(chēng)作用甲組分外觀乙組分粘接拉伸強(qiáng)度（MPa）拉伸剪切強(qiáng)度（MPa）壓縮

強(qiáng)度（MPa）彎曲強(qiáng)度（MPa）混合黏度（20℃時(shí)）涂布量適用期（20℃時(shí)）硬化時(shí)間（20℃時(shí)）

JGN-P與JGN-C配套使用的底膠無(wú)色透明液體棕紅色液體粘接強(qiáng)度（混凝土-混凝土）

混凝土破壞

0.25~0.3kg/m可使用時(shí)間指干時(shí)間（20℃時(shí)）甲：乙=3:1

2

20?40min2h

使用溫度

10?35℃

7,結(jié)論根據(jù)加固原理可知，在施工前必須選擇合適的粘結(jié)劑，認(rèn)真查看材料的質(zhì)保書(shū)及

使用說(shuō)明，掌握材料的各有關(guān)參數(shù)，以確保它有足夠的強(qiáng)度，能保證碳纖維絲共同工作，同

時(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作；在施工過(guò)程中，參照使用說(shuō)明，每道膠都必須處理好,特

別是粘貼碳纖維布的JGN-C膠，應(yīng)盡可能讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間（細(xì)部空鼓處，可

用針筒注射膠），確保相互共同工作.通過(guò)對(duì)某制藥廠工程實(shí)例的施工操作，深深體會(huì)到碳纖

維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介中介紹的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，該工程施工時(shí),在確保安全的前提下，僅使用了簡(jiǎn)

單的腳手架,而且,碳纖維布裁剪非常方便,可以根據(jù)形狀及尺寸隨意裁剪，在各種支架的遮

擋處可以隨意穿過(guò)，施工非常方便；另外，從2001年5月7日加固后到現(xiàn)在，在腐蝕性氣

體的侵蝕下，至今未見(jiàn)有被腐蝕處；該工程從開(kāi)工到結(jié)束僅7天（包括搭，拆腳手），

3

工程總費(fèi)用僅約為11000.00元.由此可見(jiàn)，碳纖維布加固結(jié)構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很明顯，應(yīng)用

前景很光明.8,探討粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)，已經(jīng)得到較為廣泛的

應(yīng)用，井已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益;在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中，碳纖維布主要是分擔(dān)鋼筋的受力，

即碳纖維布的主要作用是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度，那么在其它的結(jié)構(gòu)中，碳纖維布能否起

到加強(qiáng)抗拉強(qiáng)度的作用呢？因?yàn)樘祭w維布在結(jié)構(gòu)膠的作用下強(qiáng)度很高,其它結(jié)構(gòu)在用碳纖維

布加固后，會(huì)否象類(lèi)似鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的超筋截面破壞一樣產(chǎn)生負(fù)面影響呢？目前我所

正在探索應(yīng)用碳纖維布加固磚砌體的技術(shù)（如磚砌體在外界環(huán)境影響下產(chǎn)生的裂縫修補(bǔ)，采

用碳纖維布來(lái)提高砌體的某些力學(xué)性能），該技術(shù)是粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)領(lǐng)域中的新生

事物,如能成功,必將也能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng).

4

碳纖維在某通信機(jī)房加固中的應(yīng)用姜安慶陸洲導(dǎo)王李果碳纖維增強(qiáng)聚合物（Carbon

FibreReinforcedPoly-mer簡(jiǎn)稱(chēng)CFRP）是一種新興的高強(qiáng)材料，最早應(yīng)用于航空航天等高

科技領(lǐng)域.近年來(lái)在土木工程領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用得到了迅速發(fā)展.較之傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方

法,碳纖維加固技術(shù)是?種新型高效的加固修復(fù)技術(shù),它具有高強(qiáng),高效,施工便捷，使用面廣

等優(yōu)點(diǎn).碳纖維加固技術(shù)是利用改性環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)膠結(jié)材料將碳纖維片材粘貼于混凝土表面，

從而達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)及改善受力性能的目的.此項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)，日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已成熟運(yùn)用，在

20世紀(jì)90年代后期國(guó)內(nèi)才開(kāi)始碳纖維加固技術(shù)的研究與應(yīng)用，雖取得了一定的成果，但至

今尚未形成系統(tǒng)的理論.1,工程概況隨著通信事'業(yè)的迅速發(fā)展,各地通信公司相繼增設(shè)了一

批通信機(jī)房.因通信設(shè)備荷載較大,一般民用建筑達(dá)不到使用要求.為確保使用安全,需對(duì)原

建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算,結(jié)構(gòu)加固等工作.某通信公司傳輸機(jī)房位于一辦公樓三層樓面上,機(jī)房使

用活載（6.OKN/m）超過(guò)原辦公樓使用活載2.5KN/m.原樓面結(jié)構(gòu)為主次梁現(xiàn)澆板體系（混凝

土強(qiáng)度等級(jí)C40,板受力筋為I級(jí)鋼筋，梁受力筋為H級(jí)鋼筋）.結(jié)構(gòu)驗(yàn)算表明，樓板無(wú)需加

固，而主次梁正截面需進(jìn)行加固.經(jīng)過(guò)方案論證和經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性比較，并征得業(yè)主的同意，

決定采用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固.加固平面如圖1所示.

22

圖1機(jī)房加固平面

2,材料特性⑴本工程使用了日本進(jìn)口的碳纖維布（ST200）,其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1.

表1型號(hào)ST200單位面積質(zhì)量（gem）200

-2

碳纖維布主要性能指標(biāo)設(shè)計(jì)厚度mm0.Ill設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度彈性模量Ecf/MPa2.3X

10

5

fef/MPa

3400

⑵粘貼用樹(shù)脂采用國(guó)產(chǎn)JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2

表2種類(lèi)基底樹(shù)脂（JGN-E）修補(bǔ)樹(shù)脂（JGN-F）粘結(jié)樹(shù)脂（JGN-D）拉伸強(qiáng)度

MPa>28>28JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠主要性能指標(biāo)剪切強(qiáng)度MPa>18>18適用溫度℃0?380?

380~38可使用時(shí)間min15~30>40>605MPa>50>50壓縮強(qiáng)度

3,加固設(shè)計(jì)3.1基本假定用碳纖維材料加固后混凝土梁的極限承載力計(jì)算與普通混凝

土梁有所不同，其基本假定為：(1)受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計(jì)；(2)梁受彎后,混凝土，鋼

筋及碳纖維應(yīng)變符合平截面假定；(3)碳纖維材料采用線(xiàn)彈性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：。cf=EcfXe

cf.因本工程建成后未經(jīng)裝修使用，加固設(shè)計(jì)時(shí)忽略碳纖維二次受力的影響.3.2設(shè)計(jì)方法

3.2.1實(shí)用公式根據(jù)極限狀態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(圖2),由平衡條件可得：當(dāng)x22a'時(shí)，

fcmbx+fy'As'=fyAs+。cfAcfMuWocfAcf(h-x/2)+fyAs(hO-x/2)-fy'As'(x/2-as')

當(dāng)x<2a'時(shí)，fcmbx+fy'As'=fyAs+ocfAcfMuWocfAcf(h-as')+fyAs(hO-as')(2)(1)

圖2

截面極限狀態(tài)應(yīng)力示意圖

3.2.2規(guī)程公式根據(jù)《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，當(dāng)混凝土受

壓區(qū)高度xWgcfbh時(shí),其極限彎矩：MuWfyAs(hO-0.5gUfbh)+Ecf[ecf]Acf(l-0.5

Ufb)其中，界限相對(duì)受壓區(qū)高度：^cfb=0.8ecu/(ecu+[ecf])3.3次梁加固設(shè)計(jì)次

梁截面：bXh=400mmX500mm,As=As'=1018mm2截面彎矩:Mu=242Knm3.3,1按實(shí)用公式計(jì)算

首先估算混凝土受壓區(qū)高度XQ12mm<2as'根據(jù)公式(2),解得：Acf=53.1mm

6

2

(3)

3.3.2按規(guī)程公式計(jì)算界限相對(duì)高度:€cfb=0.8X0.003/(0.0033+0.01)=0.1985x

s?12inm<cfbh=89.3mm根據(jù)公式(3)，解得：Acf=51.7mm

2

3.3.3設(shè)計(jì)結(jié)論兩種計(jì)算結(jié)果相比較，其誤差[6=(53.1-51.7)/53.1=2.64%]在工程設(shè)

計(jì)誤差許可范圍之內(nèi).采取在梁底粘貼300nim寬碳纖維布兩層(Acf=66.6mm)，可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)

和使用要求.3.4主梁加固設(shè)計(jì)主梁截面：bXh=500mmX550mm,As=2233mm,As'=1960mm極

限彎矩：Mu=450Knm3.4.1按實(shí)用公計(jì)算首先估算混凝土受壓區(qū)高度：x々29.5mm<2as'根

據(jù)公式(2),解得：Acf=112.2按規(guī)程公式計(jì)算界限相對(duì)受壓區(qū)高度：&cfb=0.1985

x^29.5mm<€cfbh=89.3mm根據(jù)公式(3),解得：3.4.3設(shè)計(jì)結(jié)論兩種計(jì)算結(jié)果相比較，其

誤差［6=(112.1-109.3)/112.1=2.5%］在工程設(shè)計(jì)誤差許可范圍之內(nèi).采取在梁底粘貼

400mm寬碳纖維布3層(Acf=133.2mm),可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和使用要求.3.5構(gòu)造做法為了加強(qiáng)

梁底碳纖維布的錨固及增加梁的抗剪能力，在梁端每側(cè)粘貼100mm寬U型箍3道,在主次

梁相交處每側(cè)粘貼100mm寬U型箍?jī)傻?具體做法如圖3所示.

22222

Acf=109.3mm

2

圖3梁加固示意1-柱邊3個(gè)U型箍，寬100mm,間距100mm;2-次梁每側(cè)2個(gè)U型

箍，寬100mm,間距100mm;3-碳纖維3層7

4,加固施工4.1施工準(zhǔn)備粘貼碳纖維加固工藝，施工質(zhì)量至關(guān)重要，直接關(guān)系到加固效

果的好壞.為確保工程質(zhì)量,工程開(kāi)工前對(duì)每個(gè)施工環(huán)節(jié),環(huán)境因素,人員素質(zhì)進(jìn)行了細(xì)致周

密的考慮，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了清理.4.2施工步驟⑴清除加固梁底及U型箍處吊筋等障礙

物.⑵用砂輪機(jī)將粘貼部位打磨平整,U型箍轉(zhuǎn)角處打磨成R>20mm的圓弧狀，用吹風(fēng)機(jī)清

除浮塵并刷丙酮去脂.⑶涂刷基底樹(shù)脂(JGN-E)使其滲透至混凝土內(nèi)部，以提高混凝土與碳

纖維之間的粘結(jié)力.⑷用整平材料補(bǔ)樹(shù)脂(JGN-F)修復(fù)，填補(bǔ)不平整部位.⑸涂刷粘結(jié)樹(shù)脂

(JGN-D),隨即開(kāi)始粘貼碳纖維布，多層粘貼時(shí)重復(fù)步驟(5).⑹粘貼完最后一層碳纖維布后

再涂刷一道粘結(jié)樹(shù)脂(JGN-D).4.3施工要點(diǎn)因?yàn)橥ㄑ腹緜鬏敺繉俪鞘猩€(xiàn)工程中的重

點(diǎn)部位，加之本工程加固工作量大，在施工中特別注意以下幾點(diǎn)：⑴混凝土與碳纖維布之間

界面處理和好壞直接影晌到混凝土梁的加固效果.因此梁底面及U型箍處必須反復(fù)打磨平

整,去除混凝土劣化部位，凹陷,缺陷處用修補(bǔ)膠找平.⑵粘貼碳纖維布時(shí)必須兩人密切配合，

一人拉緊碳纖維布,一人用刮板從一側(cè)邊刮邊貼，保證不留氣泡,粘貼緊密.實(shí)踐證明，刮板粘

貼碳纖維布效果很好,碳纖維布空鼓率基本為零.⑶注意搭接區(qū)粘貼，做好標(biāo)記,保證搭接長(zhǎng)

度》150mm.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)錘測(cè)及邵氏硬度計(jì)測(cè)試，施工質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良，取得了良好的加固效果.5,

結(jié)語(yǔ)工程實(shí)踐證明,CFRP加固技術(shù)對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)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,該技術(shù)在施工工期,材料耐久性,施工質(zhì)量等方面均達(dá)

到了業(yè)主的要求,其綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好,具有較大的推廣使用價(jià)值.

參考文獻(xiàn)12滕智明.鋼筋混凝土基本構(gòu)件（第二版），北京:清華大學(xué)出版社，1998中國(guó)

工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（征求意見(jiàn)稿）》2000

8

南方某賓館混凝土框架梁抗剪加固設(shè)計(jì)南方某賓館混凝土框架梁抗剪加固設(shè)計(jì)楊建中

熊光晶劉金偉謝慧才劉金華1,工程概況南方某賓館是由某政府辦公樓改變使用功能而

成的商業(yè)服務(wù)樓.該建筑為6層全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),局部7層.建筑面積7000m,

于1993年建成，平面見(jiàn)圖1.目前的使用情況為：1?2層為餐飲,3?4層為桑拿，5~6層

為卡拉OK歌舞廳.2000年6月的質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)部分框架梁梁端存在明顯斜裂縫，在

造成安全隱患.

2

圖1

結(jié)構(gòu)平面E-F軸梁尺寸為250mmX900mm

D-E軸梁尺寸為250mmX600mm

2,房屋的非破損檢測(cè)及評(píng)定結(jié)論在2000年6月的檢測(cè)基礎(chǔ)上，于2001年4月再次

時(shí)房屋外觀和框架梁進(jìn)行普檢.2.1檢測(cè)結(jié)果房屋外觀質(zhì)量良好，框架填充墻表面均未發(fā)現(xiàn)

斜裂縫.采用超聲-回彈綜合法進(jìn)行框架梁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，再采用取芯法進(jìn)行修正從而確定

混凝土強(qiáng)度值.檢測(cè)結(jié)果表明，混凝土強(qiáng)度均大于22Mpa.經(jīng)普檢，發(fā)現(xiàn)在第2,4,6層中有

16根梁，共25個(gè)梁端出現(xiàn)斜裂縫，斜裂縫的傾斜角度較大（普遍大于45°），裂縫寬度為

0.1~0.3mm.斜裂縫范圍內(nèi)箍筋間距基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,對(duì)梁的抗剪承載力進(jìn)行計(jì)算，也均滿(mǎn)

足設(shè)計(jì)要求.2.2裂縫成因分析和可靠性鑒定結(jié)論由于建筑物外觀良好，框架填充墻表面均

未發(fā)現(xiàn)斜裂縫,梁端斜裂縫隔層出現(xiàn)，由此估計(jì)斜裂縫不是由于基礎(chǔ)不均勻沉降造成的，又因

為存在梁端斜裂縫的梁的箍筋間距和計(jì)算承載力均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（GB50292-1999）'P4.2.5

條規(guī)定，把出現(xiàn)梁端斜裂縫的16根梁評(píng)級(jí)為du級(jí)，應(yīng)對(duì)之進(jìn)行抗剪加固.3,混凝土梁的抗

剪加固3.1基本設(shè)計(jì)參數(shù)由加固平面圖和構(gòu)件尺寸可知,D-F軸跨截面尺寸：250nlmX

600mm;E-F跨梁截面尺寸：250mm義900mm,各梁的剪跨比均大于3,取入=3.

9

[1]

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知：混凝土強(qiáng)度均大于22MPa,取C22;箍筋為屈服強(qiáng)度為210

Mpa,箍筋間距按檢測(cè)結(jié)果平均值計(jì)算.碳纖維布材料參數(shù)：厚度tcf=0.11mm,寬度

wcf=200mm,Ecf=2.1X10MPa,極限應(yīng)變ecuf=l.5%.3.2豎直粘貼加固設(shè)計(jì)按我國(guó)在編規(guī)程

[2]5

中4.4規(guī)定,采取雙L型片材U型豎直粘貼的加固方式.計(jì)算公式為：（1）

VbWVb,rc+Vb,cf

Vb,cf=@

23

2ncfwcftcfecf,vEcfhcf(scf+wcf)

⑵

ecf,v=（0.2+0.12入）ecfu

（3）

[3]

式中,Vb為梁的剪力設(shè)計(jì)值;Vb,rc為未加固鋼筋混凝土梁的受剪承載力，按現(xiàn)行國(guó)家規(guī)

范的規(guī)定

計(jì)算；

Vbcf為碳纖維片材承擔(dān)的剪力；ecf,v為達(dá)到受剪承載力極限狀態(tài)時(shí)碳纖維片材的應(yīng)

變；。為碳纖維片材受剪加固形式系數(shù),對(duì)封閉粘貼取。口.。，對(duì)?型粘貼取*=0.85,

對(duì)側(cè)面粘貼取*=0.70;人為剪跨比.應(yīng)該指此上述公式

[2]

是國(guó)內(nèi)外部分研究者和設(shè)計(jì)指南編寫(xiě)組通過(guò)碳纖維片材對(duì)混凝土簡(jiǎn)支梁進(jìn)行

抗剪加固的試驗(yàn)研究建立起來(lái)的.而連續(xù)梁的抗剪破壞發(fā)展方式與簡(jiǎn)支梁有顯著區(qū)別，見(jiàn)

圖2.

圖2

簡(jiǎn)支梁連續(xù)梁粘貼有效長(zhǎng)度對(duì)比

（a）-U型粘貼；（b）-簡(jiǎn)支梁；（c）-連續(xù)梁；（d）-側(cè)面粘貼；（e）-簡(jiǎn)支梁

簡(jiǎn)支梁（如圖2b）在正彎矩作用下梁頂受壓梁底受拉，臨界斜裂縫在梁底面a處最寬，梁

上部b處最小.而連續(xù)梁端的破壞發(fā)展形式相反（如圖示2c）,由于負(fù)彎矩的存在,梁底受

壓而梁頂受拉，臨界斜裂縫在梁頂面b處最寬，梁下部a處最小.就抑制斜裂縫開(kāi)展而言，

在簡(jiǎn)支梁中的A-D范圍粘貼效果最佳，而在C?F范圍粘貼加固作用最小.這是因?yàn)楹?jiǎn)支

梁中加固效果最好的A?D范圍的粘結(jié)錨固長(zhǎng)度最大（見(jiàn)圖2b中的陰影部分），這樣便充

分發(fā)揮了u形粘貼方式的優(yōu)勢(shì).而抑制連續(xù)梁斜裂縫開(kāi)展的最佳部位是圖

10

2c中的C?F范圍，但必須指出在此范圍內(nèi)U形布的有效錨固長(zhǎng)度恰好最短（見(jiàn)圖2c

陰影部分），故加固效果很小.在B?E范圍粘貼，對(duì)此兩種梁的加固效果則相似.可見(jiàn)U形

粘貼的加固效果對(duì)于連續(xù)梁而言只相當(dāng)于側(cè)面粘貼（見(jiàn)圖2c和圖2e）.所以對(duì)于連續(xù)梁,U

形粘貼應(yīng)按側(cè)面粘貼來(lái)考慮，取*=0.70.

表1梁高加固位置h/mm三層5-E-F三層6-E-F三層8-E-F三層9-E-F三層

9-E-F五層4-E-F五層5-E-F五層5-E-F五層6-E-F五層6-E-F五層9-E-F天面

4-E-F天面4-E-D天面5-E-F天面6-E-F天面6-D-E天面7-D-E天面7-E-F天面

8-E-F天面8-E-F天面8-D-E天面8-D-E天面9-E-F天面9-E-F天面9-D-EE端E端

E端E端F端E端E端F端E端F端F端E端D端E端F端E端E端F端E端F端E

端D端E端F端E端900900900900900900900900900900900900600900900600

600900900900600600900900600@/mm110125120185117200154154119120200

200131123121200200114109167109148116103200Vbr,c/10N3.1682.9162.993

2.3173.0422.2242.5682.5683.0092.9932.2242.2241.8672.9462.9771.4611.461

3.0943.1872.4522.0941.7283.0593.3111.461

5

加固前抗剪承載力Vb,rc和加固后抗剪承載力的提高百分比箍筋間距加固前承載力

纖維承載力Vb,cf/10N1.451.451.451.451.451.451.451.451.451.451.451.45

0.9061.451.450.9060.9061.451.451.450.9060.9061.451.450.906

5

水平寬度io/mm800120010001000800100010001000100080010006008001000

800160060080080080014006008008001200

承載力共提高%45.7749.7248.4562.5862.5865.2156.4656.4648.1848.4565.21

65.2148.5349.2248.7062.0062.0046.8645.4959.1443.2652.4447.3943.8062.00

還應(yīng)指此規(guī)程推薦公式在兩處局限,在實(shí)際工程應(yīng)用中容易讓人產(chǎn)生如下誤解：(1)式

中hcf表示FRP抗剪承載力隨梁高增高(粘結(jié)長(zhǎng)度增加)而增加，但實(shí)際上如果粘結(jié)長(zhǎng)度已

經(jīng)足夠長(zhǎng),FRP脫膠時(shí)的應(yīng)力水平不會(huì)隨著粘貼長(zhǎng)度的增加而增加；(2)式中(scf+wcf)表示

只要纖維寬度和間距之和一定，承載力與粘貼纖維片數(shù)量多少無(wú)關(guān)(如圖2c中，若以相同的

間距(scf+wcf)分別粘貼兩片與三片的承載力計(jì)算

11

結(jié)果一樣).可見(jiàn)容易造成誤導(dǎo).建議將公式⑵修正為下式：Vb,cf=26icfncfwcftcf

ecf,vEcf(icf^hcf/(wcf+scf))式中，icf為與剪切裂縫相交的有效粘貼的纖維片材的片

數(shù).本工程中按豎直U形方式粘貼一層碳纖維布,為了保證足夠的抗剪承載力，取碳纖維片

材條帶凈間距scf=0,其承擔(dān)的剪力為Vb.cf.E-F跨梁：hcf=800mm,入=3.0,則

Vb,cf=l.45X10ND-E跨梁:hcf=500mm,入=3.0,則Vb,cf=0.906X10N3.3加固前抗剪

承載力Vb,rc和加固后抗剪承載力的提高百分比加固前抗剪承載力Vb,rc按如下規(guī)范公

式計(jì)算.計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.

[6]55

(4)

Vb,rc=

A0.2fcbho+1.25fyvsvho入+1.5s

(5)

根據(jù)裂縫情況確定各梁端豎直粘貼碳纖維片材總寬度i。(如圖2c),為保證有足夠的豎

直碳纖維布與.最后在纖維上端貼上壓條,使斜裂縫末端處有縱橫纖維作用，以應(yīng)對(duì)斜裂縫

相交，取IoNhcf(見(jiàn)表1)該處的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài).可見(jiàn),粘貼碳纖維布使梁的抗剪承載力提

高了43%?62%.4,結(jié)語(yǔ)連續(xù)梁抗剪工作機(jī)理與簡(jiǎn)支梁不同,建議將連續(xù)U形粘貼抗剪加固

形式按側(cè)面粘貼形式考慮，以保證加固設(shè)計(jì)的可靠性.

參考文獻(xiàn)123GB50292-1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(征求意見(jiàn)稿)》

2000GBJ10-89混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

12

碳纖維復(fù)合材料(CFRP)加固技術(shù)在南京新街口百貨商店改造工程中的應(yīng)用碳纖維復(fù)合

材料(CFRP)加固技術(shù)在南京新街口百貨商店改造工程中的應(yīng)用(CFRP)陳朝暉李方政1,前

言碳纖維復(fù)合材料(CarbonFiberReinforcePlastic)加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是將碳纖維

這種高性能纖維材料應(yīng)用于土木工程,利用與其相配套的樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑(建筑結(jié)構(gòu)膠)將碳纖

維粘貼到結(jié)構(gòu)或構(gòu)件需要加固的部位表面，形成復(fù)合材料體(CFRP),通過(guò)其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的

協(xié)同工作,來(lái)提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力和延性的一種新型加固工法.該工法與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加

固技術(shù)相比，以其輕質(zhì)高強(qiáng),耐腐蝕性和耐久性強(qiáng),施工便捷,結(jié)結(jié)構(gòu)影響較小等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)

用于國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)加固改造工程中.2,加固方案設(shè)計(jì)依據(jù)碳纖維材料加固混凝土構(gòu)件，通常有

以下幾種方式:①沿構(gòu)件主軸方向粘貼碳纖維，以提高構(gòu)件正截面的抗彎能力;②沿與構(gòu)件主

軸垂直方向粘貼碳纖維，由碳纖維與原有箍筋共同分擔(dān)剪力以提高構(gòu)件的抗剪承載力;③沿

與構(gòu)件主軸垂直方向粘貼碳纖維以改善加固部位的延性，提高其抗震性能.目前在國(guó)內(nèi)工程

中應(yīng)用最多的是第一種方式，即加固修復(fù)提高梁板正截面承載能力，使之滿(mǎn)足使用功能要求.

南京新街口百貨商店一期改造工程中，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和設(shè)計(jì)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)第1層，第2層

和第5層由于使用功能的改變，局部梁抗彎承載力無(wú)法滿(mǎn)足使用要求，經(jīng)方案比較，采用在梁

底通長(zhǎng)方向粘貼碳纖維布，梁端附加碳纖維布條制成U字箍，既對(duì)梁底碳纖維布有較好的錨

固作用，也提高了梁端部的抗剪承載力.局部改造平面如圖1所示.

圖1

南京新百一期改造平面（一層局部）

1-L003,300X700mm（已有，要加固）；2-L004,300X700inm（已有，要加固）；3-300X

800mm（已有，要加固）；4-原有大樓已竣工部分;5-圓筒部分不變

3,工程簡(jiǎn)化計(jì)算方法3.1簡(jiǎn)化計(jì)算假定根據(jù)平截面假定,碳纖維的應(yīng)變略大于鋼筋應(yīng)

變,為簡(jiǎn)化計(jì)算,可以近似認(rèn)為碳纖維的拉應(yīng)變等于鋼筋拉應(yīng)變,這種簡(jiǎn)化是偏于安全的.按

受力相等的原則，可以將碳纖維布的面積轉(zhuǎn)化為等效鋼筋面積，即：Asefy=Acfsfcfs（1）式

中,Acfs,fcfs,Ase和fy分別代表碳纖維布的面積，抗拉強(qiáng)度等效的鋼筋面積和鋼筋的抗拉

強(qiáng)度；為碳纖維布的強(qiáng)度折減系數(shù).在工程應(yīng)用中，對(duì)碳纖維的應(yīng)變要加以限制也即控制碳纖

維的實(shí)際拉應(yīng)力，

13

建議取=2/3.碳纖維布的面積Acfs取其凈面積，即：Acfs=tcfsBcfsnP（2）

式中，tcfs,Bcfs,n分別為碳纖維布的計(jì)算厚度（mm）,幅寬（mm）和加固梁中碳纖維布的

粘貼層數(shù)；B為碳纖維布的粘貼層數(shù)的折減系數(shù),因?yàn)檎迟N層數(shù)越多,層間共同協(xié)調(diào)工作程度

降低，僅粘貼一層時(shí)取B=1.文獻(xiàn)［1］給出了粘貼層數(shù)多于一層時(shí)的B取值.3.2施工參數(shù)設(shè)

計(jì)在做碳纖維布加固受彎構(gòu)件正截面承載力設(shè)計(jì)時(shí),分別根據(jù)不同的截面類(lèi)型,按照鋼筋混

凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的正截面承載力設(shè)計(jì)公式，由外荷載的增加計(jì)算出所需補(bǔ)充受拉鋼筋的

面積.然后按式（1）式，（2）設(shè)計(jì)碳纖維布布的布置參數(shù).3.3等效配筋率的校核碳纖維

布的施工參數(shù)設(shè)計(jì)完后,還要滿(mǎn)足截面等效配筋率的要求.P<Pss,max（3）

式中P——等效配筋率；Pss,max——等效最大配筋率，

p

Ass0.8fc3300h;Pss,max=bXhohofy3300+[scf]

式中b,h,ho——截面寬度，高度和有效高度；fy——鋼筋的抗拉強(qiáng)度；

(4)

Ass——構(gòu)件中原配受拉縱筋面積(As)與粘貼碳纖維布的等效鋼筋面積(Ase)的總和，即

Ass=As+Ase;[ecf]碳纖維布的允許拉應(yīng)變，[ecf]=2eu,cfs/3,eu,cfs為碳

纖維布的極限拉應(yīng)變.4,碳纖維復(fù)合材料的選擇加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維材料主要

有兩種:碳纖維與配套樹(shù)脂粘貼劑.碳纖維是高強(qiáng)度高彈性模量材料，強(qiáng)度是鋼材的十幾倍.

建筑粘結(jié)劑種類(lèi)繁多，選擇與某種碳纖維布相容性好的粘結(jié)劑是關(guān)鍵.與?碳纖維相配套的樹(shù)

脂粘結(jié)劑一般由4部分組成.即底層粘結(jié)劑,找平材料,浸漬樹(shù)脂和防護(hù)材料.底層粘結(jié)劑必

須能滲透進(jìn)混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)并形成長(zhǎng)期持久界面的基礎(chǔ)；找平材料用來(lái)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)表面

的平整度，以便使用片材;浸漬樹(shù)脂用以浸漬碳纖維片材在混凝土表面形成原位層板；防護(hù)材

料用以保護(hù)碳纖維片材免受外界條件的影響，延長(zhǎng)其使用壽命.樹(shù)脂粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)

大于混凝土的拉伸剪切強(qiáng)度，且具有適宜的工作粘度，以便于施工操作.經(jīng)過(guò)多方面分析比

較，選用德國(guó)EP0300碳纖維布,與其配套的粘結(jié)劑選用北京中煤礦山工程有限公司研制的

JCT-6型碳纖維專(zhuān)用膠,其主要力學(xué)性能指標(biāo)如表1,表2所列.

表1計(jì)算厚度(mm)0.16714抗拉強(qiáng)度MPa3550碳纖維布(德國(guó)EP0300)的性能指標(biāo)

彈性模量MPa2.35X10

5

單纖維斷裂伸長(zhǎng)率%20.00

單纖維直徑10m5.3

-6

表2抗壓強(qiáng)度MPa81抗拉強(qiáng)度MPa31(7d)

粘結(jié)劑(JCT-6型)的性能指標(biāo)正拉粘結(jié)強(qiáng)度MPa16(7d)拉剪粘結(jié)強(qiáng)度MPa13(7d)

5,本工程施工參數(shù)的設(shè)計(jì)以本工程一層2號(hào)梁為例，梁長(zhǎng)L=7.74m,原配受拉筋3625

?(1472mm)，受壓筋2e22nnn(760mm).由于營(yíng)業(yè)面積的增加，使該梁線(xiàn)荷載增加至

45KN/m,以雙筋正截面承載力計(jì)算，所缺受拉鋼筋面積為271mm,由式(1)取fcfs=3550MPa,

則粘貼等效碳纖維布的面積Acfs=35mm.施工時(shí)采用德國(guó)EP0300碳纖維布，單層厚度為

0.167皿,幅寬為梁底寬300m叫粘貼一層(面積57.8師)，即滿(mǎn)足抗拉要求.等效配筋率

P=0.54%,等效最大配筋率Ps,max=0.74%,即加固后屬適筋梁.另外，端部設(shè)4道U字箍為

構(gòu)造錨固措施.梁加固方式如圖2所示.

22222

圖2

梁加固方式示意圖

(a)-立面；(b)-剖面1梁底粘貼碳纖維布一層;2-梁端部U字箍

6,施工工藝6.1碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝流程混凝土結(jié)構(gòu)表面處理f

配制并涂刷底層粘結(jié)劑一面層找平處理一粘貼樹(shù)脂的配制并侵潤(rùn)碳纖維布一粘貼碳纖維布

一表面防護(hù).6.2施工要點(diǎn)①混凝土表面的處理程度直接影響加固效果.表面要打磨平整直

至露出新面，涂底層粘結(jié)劑前，再用丙酮清洗一遍.②碳纖維布一定要用粘貼樹(shù)脂浸潤(rùn)透，盡

可能讓粘結(jié)劑充分滲入碳纖維單絲之間的空隙中,提高各單絲之間的共同工作性能.③浸潤(rùn)

后的碳纖維布用手輕壓貼于需要的位置,用橡皮滾筒順纖維方向均勻平穩(wěn)壓實(shí)，使樹(shù)脂從兩

邊溢出，保證碳纖維布與結(jié)構(gòu)之間密實(shí)無(wú)空洞,或者有效粘貼面積不小于95%.④碳纖維片材

沿其纖維方向折直角會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，影響其強(qiáng)度發(fā)揮.施工時(shí)將角部磨成圓角，可減緩應(yīng)力

集中，碳纖維布的強(qiáng)度基本不受影響.7,施工效果本工程自2001年4月竣工，投入正常使

用近1年，沒(méi)有出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題，施工效果良好.

參考文獻(xiàn)12趙彤,謝劍著.碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù).天津.天津大學(xué)出版

社,2000中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(征求意見(jiàn)

稿)》200015

鋼筋混凝土框架梁粘碳纖維加固現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)徐德新劉小明余震徐蕓王剛1,工程

概況由于功能的改變，某國(guó)稅局住宅樓部分鋼筋混凝土框架荷載增加，原有截面及配筋不滿(mǎn)

足要求,為滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)功能要求,需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固.經(jīng)分析認(rèn)為,采用碳纖維(CFRP)加固比較合

理,采用碳纖維加固梁,板及柱,武漢大學(xué)及武漢長(zhǎng)江建筑工程技術(shù)有限責(zé)任公司已進(jìn)行了大

量的試驗(yàn)研究，并已成功地應(yīng)用于工程實(shí)際加固中，如廣西工學(xué)院學(xué)生禮堂屋面板加固,湖北

工學(xué)院體育館的加固等.但由于該種新材料的研究及應(yīng)用尚處于起步階段,相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程

尚未頒布實(shí)施，又因本次是對(duì)整棟大樓的加固，為進(jìn)一步分析研究碳纖維加固后的性能，確保

加固后結(jié)的可能性，我們對(duì)該樓中的兩梁進(jìn)行了粘貼碳纖維加固，并按設(shè)計(jì)院提供的荷載進(jìn)

行了現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)研究.2,試驗(yàn)材料用于結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的碳纖維材料強(qiáng)度為普通建筑用鋼

的10倍左右，彈性模具與建筑用鋼板在同一水平上并略有提高，是一種很好的結(jié)構(gòu)加固修

補(bǔ)材料.實(shí)際加固修補(bǔ)用面碳纖維材料為碳纖維織物,并有各種不同型號(hào)與尺寸.本次試驗(yàn)用

CFRP及粘貼結(jié)構(gòu)膠YZJ,其性能見(jiàn)表1,表2.

表1抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值MPa3550彈性模量MPa2.4X105表2抗拉強(qiáng)度MPa30?35抗

剪強(qiáng)度MPa24?30結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)用碳纖維材料L300-C主要性能指標(biāo)延伸率％2.0密度

(kg'm-3)1790耐腐蝕性?xún)?yōu)浸透性良好均勻度良好

粘貼CFRP用長(zhǎng)江牌(YZJ)建筑結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能與混凝土粘貼強(qiáng)度MPa2.2適用溫

度℃-40?+70彈性模具GPa5?6

3,計(jì)算分析采用碳纖維加固梁極限承載力的計(jì)算與普通混凝上梁有所不同.基本假定為:

⑴梁受彎后,混凝土，鋼筋及碳纖維應(yīng)變符合平截面假定;⑵混凝上,鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系按

現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范取用；⑶不考慮受拉區(qū)混凝土的作用;⑷碳纖維材料的拉應(yīng)力取碳纖維材料彈

性模量與其拉應(yīng)變的乘積，即。f=Efefo根據(jù)上述假定，截面分布見(jiàn)圖1,由平衡條件可得：

fcmbx=fAs+ffAfM=n1n2ffAf(h-x/2)+fAs(ho-x/2)(1)(2)

其中，n1為碳纖維材料強(qiáng)度折減系數(shù)，根據(jù)我們對(duì)9根混凝土梁粘貼碳纖維試驗(yàn)，可

偏于安全取n1=0.6?0.8；n2為碳纖維材料與原有鋼筋的共同工作系數(shù)，加固構(gòu)件屬于二

次受力結(jié)構(gòu),若原結(jié)構(gòu)受力太大,碳纖維材料就不易達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.為使碳纖維材料盡早地

參加工作,故在實(shí)際工程加固時(shí)應(yīng)盡可能地卸載,否則,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況乘以共同工

作系數(shù)n2,n2可取0.8?1.0.本次加固前，已將大部分樓面板打掉.按上述公式計(jì)算，為

滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,KL307梁需粘一層碳纖維,L302梁需粘二層碳纖維，其尺寸每層為0.167mm

X200mmx3200mm.4,現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)

16

4.1檢測(cè)內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的加固圖紙，對(duì)該住宅樓中的兩根框架梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加載

試驗(yàn)，加載的兩根梁名稱(chēng)為:①8軸C-F軸跨KL307梁;②E軸2?4軸跨L302梁，加

載示意見(jiàn)圖2.在對(duì)框架梁粘貼碳纖維后,主要就以下內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試：⑴在荷載作用下混凝

土，碳纖維的應(yīng)變；⑵在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的撓度；⑶在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下混凝土梁裂縫的開(kāi)展

情況；⑷在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下梁受壓區(qū)高度的變化情況.試驗(yàn)梁分5級(jí)加載，由于荷載較大，

采用千斤頂及砂袋加載.4.2應(yīng)變片的位置在試驗(yàn)梁最大彎矩處頂，底，側(cè)面及碳纖維表面

分別粘貼應(yīng)變片，見(jiàn)圖2.安裝千分表或百分表,實(shí)測(cè)在各級(jí)荷載作用下的撓度,應(yīng)變,并觀察

裂縫發(fā)展情況等.

圖2

KL307,L302梁加載及測(cè)點(diǎn)布置示意圖(KL307梁的10號(hào)測(cè)點(diǎn)為受拉主筋)

粘貼碳纖維時(shí)，必須將混凝土表面打磨平整，清理干凈;轉(zhuǎn)角粘貼處（如u形箍）應(yīng)打磨成

圓弧狀，以保證碳纖維布與混凝土有良好的粘結(jié).現(xiàn)場(chǎng)裁剪碳纖維布,分段粘貼時(shí)搭接長(zhǎng)度不

小于100mm,粘貼時(shí)用輻子滾壓，擠出氣泡.CFRP加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝與步驟見(jiàn)圖

3.

圖4

KL307梁截面應(yīng)變實(shí)測(cè)值

圖5

L302梁截面應(yīng)變實(shí)測(cè)值

1-標(biāo)準(zhǔn)荷載,2-設(shè)計(jì)荷載

1-標(biāo)準(zhǔn)荷載,2-設(shè)計(jì)荷載

5,試驗(yàn)結(jié)果及分析5.1截面沿梁高的應(yīng)變分析試驗(yàn)過(guò)程證明，碳纖維片材與梁底混凝

土未出現(xiàn)分離現(xiàn)象，由KL307梁實(shí)測(cè)應(yīng)變（表3）及平均應(yīng)變分布（圖4）,L302梁實(shí)測(cè)應(yīng)變

（表4）及平均應(yīng)變分布（表5）表明，碳纖維片材加固后的梁，其平均應(yīng)變的分布可以認(rèn)為符

合平截面假定.

17

5.2撓度分析KL307梁,L302梁在加載過(guò)程中跨中荷載與撓度曲線(xiàn)見(jiàn)圖6,在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)

荷載時(shí),實(shí)際撓度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于容許撓度,基本處于彈性狀態(tài),試驗(yàn)證明，未粘碳纖維梁與粘碳纖

維梁相比,粘貼碳纖維的梁鋼度增加，撓度減小.

（準(zhǔn)備工作）臨時(shí)設(shè)施工程（腳手架等）（鋪貼碳纖維工作）繪制碳纖維布的設(shè)計(jì)圖

剪切碳纖維布

（基層處理工作）修補(bǔ)裂縫去除損傷劣化混凝土表面打平，將轉(zhuǎn)角打成圓弧狀

鋪貼基準(zhǔn)放線(xiàn)

確認(rèn)基底結(jié)構(gòu)膠面狀態(tài)

當(dāng)多層鋪設(shè)時(shí)

攪拌浸漬結(jié)構(gòu)膠

（涂敷基底結(jié)構(gòu)膠工作）

確認(rèn)混凝土表面狀態(tài)攪拌,涂敷基底結(jié)構(gòu)膠，利用膩?zhàn)诱浇Y(jié)構(gòu)表面

涂浸結(jié)構(gòu)膠

鋪貼碳纖維布

表面涂浸漬結(jié)構(gòu)膠

圖3

CFRP加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝與步驟

表3荷載/KNPl=12,P2=50Pl=42,P2=107Pl=72,P2=164Pl=84,P2=187Pl=96,P2=210

Pl=116,P2=2241-58-116-209-260-316-3642-46-109-184-239-282-3303-36

-79-150-190-226-261

KL307梁截面應(yīng)變實(shí)測(cè)值測(cè)點(diǎn)4-15-49-87-93-113-13150-22-25-29-28-28

6192350617281726609713015117085258131163218267

10

-6

93947109129179227

104551116141190241

114970118146173199

1276117216286363432

注：10號(hào)測(cè)點(diǎn)為受拉主筋

18

表4荷載/KNPl=14,P2=5P1=33,P2=15Pl=52,P2=25Pl=71,P2=35Pl=90,P2=451-37

-81-142-175-2162-34-73-129-171-211

L302梁截面應(yīng)變實(shí)測(cè)值測(cè)點(diǎn)3-28-62-99-132-1624-18-36-59-76-925-2

-4-8-8-8641930495471942629099

10

8

-6

92468120157175

103396160240289

2774120170193

圖6荷載-撓度曲線(xiàn)1-加載曲線(xiàn),2-卸載曲線(xiàn)

5.3裂縫分析根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ10-89）對(duì)未加固梁KL307進(jìn)行了裂縫

寬度的計(jì)算,計(jì)算結(jié)果為裂縫寬度達(dá)0.096mm.但對(duì)KL307梁在加載至標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對(duì)梁截面

下部進(jìn)行了細(xì)致地觀察和尋找,并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫,說(shuō)明粘貼碳纖維后，延緩了梁的裂縫開(kāi)展，

或者說(shuō)減小了裂縫寬度.5.4受壓區(qū)變化分析由KL307梁的實(shí)測(cè)荷載和應(yīng)變值（表3）可見(jiàn),

加荷前及加第一級(jí)荷載后，截面高度"2（5號(hào)測(cè)點(diǎn)）處應(yīng)變值為零，但從加第二級(jí)荷載后，載

面高度1/2處應(yīng)變值由零變?yōu)樨?fù)值.受壓區(qū)高度增加，這說(shuō)明隨著荷載的增加，碳纖維受力

截面中和軸下移.隨著荷載的增加，截面高度1/2處應(yīng)變值基本穩(wěn)定在-30X-610左右，說(shuō)

明碳纖維與混凝土梁完全共同工作,結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)可靠.試驗(yàn)證明，在短期荷載作用下，碳纖維

片材的粘貼僅滿(mǎn)足彎矩圖的要求，并沒(méi)有出現(xiàn)碳纖維片材與混凝土分離的現(xiàn)象，但考慮荷載

的長(zhǎng)期效應(yīng),建議在大面積粘貼碳纖維用于梁,板的受彎加固時(shí),碳纖維片材宜延伸至支座邊

緣.6,結(jié)論⑴使用碳纖維片材提高鋼筋混凝土受彎構(gòu)件承載力的補(bǔ)強(qiáng)加固方法是有效的.粘

貼碳纖維片材后，試驗(yàn)梁的受彎承載力明顯提高.碳纖維片材加固混凝土梁計(jì)算方法是可靠

的,安全的，能滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)的要求.⑵碳纖維片材補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土梁時(shí),截面的平均應(yīng)

變?nèi)匀环掀浇孛婕俣?⑶在混凝土梁底粘貼碳纖維片材后，構(gòu)件的剛度增大,撓度減小,試

驗(yàn)加載表明，混凝土梁加載達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),實(shí)測(cè)撓度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于容許撓度.⑷采用碳纖維片材

加固的梁,混凝土梁裂縫出現(xiàn)較晚,在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下,裂縫寬度減小,甚至不出現(xiàn)裂縫.

參考文獻(xiàn)12丘清瑞，陳小兵,牟宏遠(yuǎn).碳纖維材料(CFRP)加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù).

工業(yè)建筑,1998,28(11):1~5王傳志等主編.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論.北京:中國(guó)：中國(guó)建設(shè)出

版社，1985.272-280'

19

碳纖維材料在某公共建筑抗震加固中的應(yīng)用張軻肖國(guó)平于虹1,結(jié)構(gòu)的鑒定分析某

公共建筑使用功能為教學(xué)樓，建于I960年,主體為4層雙排柱內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)框柱采用獨(dú)立

基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深-3.2m,建筑高度20.4m,局部區(qū)域?yàn)?層磚砌體結(jié)構(gòu)，建筑面積8267H12,平

面布置如圖1所示.該建筑物由于建造時(shí)間較早，設(shè)計(jì)時(shí)未考慮抗震設(shè)防.內(nèi)框架節(jié)點(diǎn)區(qū)梁，

柱端部箍筋未加密，為使建筑物具有足夠的抗震能力，按照《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB0023-95)

對(duì)該樓進(jìn)行抗震鑒定，結(jié)論表明，內(nèi)框架梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)因箍筋直徑及間距設(shè)置不滿(mǎn)足要求必須

進(jìn)行抗震加固.

圖1

結(jié)構(gòu)平面示意圖

2,抗震加固方案的確定框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)由于受力復(fù)雜,規(guī)范中為保證“強(qiáng)節(jié)點(diǎn),弱構(gòu)

件〃的設(shè)計(jì)原則,通常采取在柱端和梁端一定區(qū)域箍筋加密的原則，防止節(jié)點(diǎn)區(qū)的脆性破壞，

增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能.本工程由于工期，資金和建筑功能的要求,對(duì)加固方案提出了很多限制,

傳統(tǒng)的抗震加固方案難以實(shí)施.在此基礎(chǔ)上,我們通過(guò)制定各種合理方案，比較各方案的優(yōu)缺

點(diǎn),從而確定最佳方案.2.1方案1——粘鋼加固法粘鋼加固法是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較普遍的傳

統(tǒng)的加固方法，但由于在粘結(jié)膠和鋼板的交接面處容易發(fā)生銹蝕,從而削弱粘結(jié)強(qiáng)度，因而影

響加固效果.2.2方案2——粘碳纖維加固法碳纖維復(fù)合材料（CFRP）加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)

技術(shù)是20世紀(jì)80年代末90年代初在美，日等發(fā)達(dá)國(guó)家興起的一項(xiàng)新型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，

與粘鋼法相比,這種方法沒(méi)有界面粘結(jié)強(qiáng)度的削弱問(wèn)題,碳纖維加固法以其材料優(yōu)越的力學(xué)

性能（圖2）,簡(jiǎn)便的施工工藝（圖3）在土木工程加固改造中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用.該項(xiàng)

技術(shù)與傳統(tǒng)的加固方法相比有許多明顯的優(yōu)點(diǎn),如高強(qiáng)高效,施工便捷,