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１ 前言

　　某建筑物因使用功能改变，楼面荷载成倍增加，需对原楼板及梁进行加固补强。在加固设计过程中，甲方要求对加固补强所使用的材料进行探讨，我监理方会同设计单位对碳纤维及粘钢补强进行分析。商定在板中采用碳纤维加固补强，而在梁中因弯距较大，用碳纤维加固厚度过大，为了保险起见用粘钢板补强加固，现分别对两种材料进行讨论分析。

　　2碳纤维加固补强

　　1）碳纤维复合材料贴合法采用层压方式将浸透了树脂胶的碳纤维布贴合到钢筋混凝土的表面，并使其与混凝土结合成为一体、共同作用，从而达到加固补强的效果。碳纤维材料加固修补混凝土结构主要技术优点与传统加固补强技术相比，碳纤维材料加固补强混凝土结构具有明显的技术优势，主要表现在：

　　材料性能高强高效。碳纤维片具有优异的的力学性能，是与它自身的材质属性、成片加工工艺等密不可分的。碳纤维束分布均匀，加工后起到整体均匀受力的作用。粘结剂是将连续纤维状的碳纤维结合在一起，同时又与混凝土表面粘合的系统粘接材料。它的性能将直接关系到结构（构件）的加固效果。

　　由于优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力及延性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的，对于抗震加固补强尤其具有重要意义。 h

　　施工方便。碳纤维材料是一种织物，其幅宽为20cm～100cm，长度为50～100cm，现场使用时可以根据实际需要用剪刀或刀片裁剪。施工速度快，不需大型施工机具，*现场固定设施，施工占用场地少。

　　适用面广。碳纤维材料加固补强适用面广，能用于各种类型、各种结构形状、各种结构部位的加固修补，且不改变结构形状及不影响结构外观，这是目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。

　　良好的耐腐蚀性。试验表明，碳纤维材料加固补强有良好的耐腐蚀性及耐久性，可以抗拒建筑物经常遇到的各种酸、碱、盐对结构物的腐蚀。碳纤维加固补强不仅不需要如粘钢板方法所需要的定期防锈维护，节省了大笔维修费用，而且其本身更可以起到对内部混凝土结构的保护作用，达到双重加固补强的目的。

　　自重轻。碳纤维材料质量轻且薄，粘贴后每平方米重量不到1.0kg（包括树脂重量），一层粘贴后厚度仅1.0mm左右，加固补强后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。由此可以看出碳纤维材料加固补强的优势是非常明显的。 h

　　２）机理分析：

　　混凝土有良好的化学相容性。因为在混凝土中具有一定的碱性性质，故不会使钢筋发生腐蚀，且

　　由于钢筋被包裹在混凝土中，更使钢筋有可靠的保护，不会腐蚀。

　　钢材与混凝土有良好的握裹性。在受力后能够共同变形，两种材料都具有变形的协调性。

　　钢筋具有比混凝土更高的弹性模量和抗拉强度，这是钢筋混凝土结构的基本机理(图1为受力分析图)，一般两者之比为。

　　图1 受力分析图

　　具有相近的温度线膨胀系数，否则将会由于温度变化产生相应的温度内应力。由于碳纤维材料具有以上一些与混凝土材料相容的材料特性，因而将碳纤维材料应用在加固方面在理论上是可行的。当升温15℃时，在碳纤维材料中产生拉应力约 ×15×2.35×105=32.25MPa，对于碳纤维材料仅为强度3400 MPa的1%左右，故影响不大。

　　3粘钢加固补强

　　１）粘钢补强的优点：h

　　技术可靠。在科学的鉴定、设计、计算与验算的基础上，将强度高的优质钢板用高强度的结构胶

　　粘贴于钢筋混凝土上受力部位，是混凝土与钢板作为一个新的共同受力整体，有效提高加固构件的强度性能，且受力均匀。可以满足原负荷载及改变、加大负荷的产生需要。

　　工艺简单。粘钢加固工艺过程相对简单，加固基本上是几个毫米的钢板于相对形体大的结构上，

　　所占空间很小，不影响外观，不影响原使用空间。

　　周期短。粘钢加固从表面处理到粘钢加压固化，只需要几天时间，而且不需要移动建筑物上的任

　　何设备，不影响正常功能的使用。

　　经济合理。粘钢加固材料消耗少，经济效益高。

　　２）设计计算：

　　如梁L3原设计配筋为615mm2，复核后配筋1000 mm2，差值百分比38.5%，粘钢加固面积为640 mm2。

　　 :原受力钢筋设计强度及面积；：新加受力（粘钢）钢板设计强度及面积；

　　 ：原截面有效高度； ：原截面有效高度

　　采用试算法。受压钢筋忽略不计，取加固钢板t=4mm,A3钢（ =210N/ mm2 ）， 面积A

　　=4×60×2=480 mm2（4×60带钢），混凝土C30

　　受压区高度X=

　　跨中截面受弯承载力:

　　M = +

　　 =310×615(665-58.88/2)+1.0×210×480×(603-58.88/2)=178.8 kN-m<196 kN-m(复核后跨中截面设计弯矩),不满足要求。

　　再试算，再试算,取t=4mm，AS=4×40×4=640（-4×40带钢）

　　受压区高度x=

　　跨中截面受弯承载力

　　M = +=197.15 kN-m>196 kN-m(复核后跨中截面设计弯矩)满足要求。

　　加固钢板与原截面共同工作系数

　　梁L3带钢为-4×40×4。

　　4质量控制

　　对于加固补强我监理方进行严格的质量控制。在施工之前，应确认其所有材料的产品合格证、产品质量出厂检验报告，现场抽样送到相关的机构检测各项性能指标。在施工过程中，碳纤维片材的实际粘贴面积不应少于设计面积，位置偏差不应大于10mm。碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量，可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法检查，总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积不大于10000mm2时，可采用针管注胶的方法进行修补。当碳纤维布的空鼓面积大于10000mm2时，宜将空鼓部位的碳纤维片材切除，重新搭接粘上等质量的碳纤维片材，搭接长度不应小于100mm。

　　5结语

　　综合以上分析，碳纤维加固补强工期快，加固后基本不增加原结构自重及原构件尺寸，由此可以看出碳纤维材料加固修补结构的优势是非常明显的。粘钢加固补强提高加固构件的强度性能，且受力均匀。可以满足原负荷载及改变、加大负荷的产生需要。两种材料各有优势，但考虑到实际情况经商讨，楼板需加固补强面积较多，工期紧，因而采用碳纤维加固补强。梁需加固补强面积少，强度性能要求较高，增加补强钢板的强度较大，如用碳纤维粘贴需粘贴多层，施工不方便，因而采用粘钢补强。终设计单位及甲方同意采用此方案施工，至今本工程已顺利完工，其加固补强工程达到预期效果。