[提 要] 本文通過工程實(shí)例，根據(jù)構(gòu)件的受力特點(diǎn)，采取不同的加固方案。著重說明用碳纖維加固受彎構(gòu)件的適用范圍，計(jì)算方法及構(gòu)造措施等設(shè)計(jì)人員關(guān)心的問題。

[關(guān)鍵詞] 補(bǔ)強(qiáng)、碳纖維布、基材強(qiáng)度、調(diào)幅、初始彎矩

（一）工程概況

遼寧工業(yè)展覽館位于沈陽市和平區(qū)青年大街與文化路交匯處西北角，1959年由遼寧省建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，1960年建成投入使用。

該建筑由相互獨(dú)立的十個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元用伸縮縫分開。其中，中央大廳為三層內(nèi)框架磚房結(jié)構(gòu)；機(jī)械大廳為鋼筋砼拱結(jié)構(gòu)與磚砌構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)（內(nèi)部為拱結(jié)構(gòu)，外墻為磚砌墻體）；其余各結(jié)構(gòu)單元均為二層內(nèi)框架磚房結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)內(nèi)框架柱及磚墻為豎向承載構(gòu)件，樓板為現(xiàn)澆密肋梁或井字梁、板，各層結(jié)構(gòu)布置相同，砼構(gòu)件的強(qiáng)度除中央大廳的框架柱為300號(hào)，梁為200號(hào)，其它均為150號(hào)。

該建筑由于設(shè)計(jì)年代久遠(yuǎn)，未考慮抗震設(shè)防。

2001年建設(shè)單元委托中國建筑科學(xué)研究院對該建筑進(jìn)行了檢測、安全鑒定，并提出了《建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及安全鑒定意見書》，其中結(jié)論性意見之一為，在不改變結(jié)構(gòu)使用功能的前提下可繼續(xù)維持使用。

（二）加固補(bǔ)強(qiáng)問題的提出

由于集團(tuán)公司發(fā)展的需要，本次維修、改造對二層原房間的使用性質(zhì)做了變動(dòng)，建筑裝修中對原地面面層的更換，新增加的大量玻璃墻等隔墻、吊棚及與新設(shè)中央空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的機(jī)組、設(shè)備管線等，與原建筑樓面荷載相比有了較大的增值。經(jīng)計(jì)算，原樓面的永久荷載值為3.05KN/m2，而經(jīng)裝修后為5.15KN/m2，增加幅度達(dá)49.5%。本次因建筑裝修增加荷載后，經(jīng)驗(yàn)算無法滿足國家設(shè)計(jì)規(guī)范對承載能力及正常使用極限狀態(tài)的要求，存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，建設(shè)單位委托設(shè)計(jì)院對相關(guān)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

（三）加固技術(shù)方案的確定

1．本次加固補(bǔ)強(qiáng)屬于承載能力不足的加固補(bǔ)強(qiáng)，非抗震加固。

2．由于吊棚及在樓板下懸吊中央空調(diào)及消防等管線過多，凈高不允許對結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用增大截面法及組合梁法等對其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固。

鑒于上述原因，經(jīng)研究，分析最后確定采用粘貼碳纖維布法，對其進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)。

加固、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)依據(jù)

《碳纖維片材加固砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CECS146：2003

《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》JGJ116-98

《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002

碳纖維布加固法是利用樹脂膠結(jié)材料將碳纖維布或碳纖維板粘貼于構(gòu)件表面，從而提高結(jié)構(gòu)承載力的加固方法。材料輕質(zhì)高強(qiáng)彈性模量高，其拉抗強(qiáng)度是普通鋼筋的10倍左右，施工方便，適用面廣。要求環(huán)境不超過60℃，對砼基材強(qiáng)度等級要求不低于C15。

（四）設(shè)計(jì)實(shí)例

本次用粘貼碳纖維布加固法加固砼構(gòu)件按面積計(jì)已達(dá)近2000m2；用粘鋼法加固外墻窗過梁約300根，消除了結(jié)構(gòu)方面的安全隱患。

支座B右側(cè)有二根Φ22彎起鋼筋分別位于二個(gè)截面，荷載情況：

永久荷載：被加固前為3.05KN/m2，增加荷載后為4.62KN/m2，活荷載未做變動(dòng)，均為3.5KN/m2。

受彎加固計(jì)算步驟如下：

（1）計(jì)算加固前構(gòu)件所受的初始彎矩Mi；

（2）若Mi<構(gòu)件受彎承載力的20%時(shí)，可以忽略二次受力影響；

（3）根據(jù)<規(guī)程（4.3.2-2）與（4.3.2-3）>聯(lián)立求砼的受壓區(qū)高度X和受拉面上碳纖維片材的拉應(yīng)變?chǔ)蝐#402;.

（4）根據(jù)X求解構(gòu)件后固增加荷載，所需受彎加固的碳纖維布數(shù)量及規(guī)格，（此時(shí)對支座負(fù)彎矩要考慮0.9的調(diào)幅系數(shù)，即考慮開裂后的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)影響）；

（5）平衡校核；

（6）構(gòu)造處理。

設(shè)計(jì)實(shí)例所舉三跨連續(xù)梁經(jīng)上述驗(yàn)算后，計(jì)算結(jié)果如下：

A~B跨跨中正彎矩不須加固，滿足最小配筋率要求；

B支座負(fù)彎矩須粘貼200g×300寬×1/3l0，一條一層；

B~C跨正彎矩受彎加固須200g×200寬×通知的二層粘纖維布。

由于支座范圍內(nèi)配置了彎起鋼筋，各種截面的抗剪均滿足要求，僅構(gòu)造設(shè)箍，詳見附圖-1。

經(jīng)加固后承載力提高了約25~30%小于《規(guī)程》規(guī)定的不應(yīng)大于40%的要求。還有考慮到在受彎加固后應(yīng)避免剪砌破壞先于受彎破壞，故受剪驗(yàn)算滿足要求后與構(gòu)造措相結(jié)合，在12m跨梁靠近支座處也粘貼了三道加強(qiáng)箍，加強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)。

粘貼后構(gòu)件表面的防護(hù)處理：根據(jù)建筑耐火極限的要求進(jìn)行一定厚度刷防火涂料，或者掛好鋼絲網(wǎng)后抹水泥砂漿保護(hù)層。

（五）粘貼碳纖維布加固技術(shù)在工程中應(yīng)用的幾點(diǎn)體會(huì)

1．采用粘貼碳纖維片材進(jìn)行受彎加固，弄清下述破壞形態(tài)后確定合理的加固方案，才會(huì)收到好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果

對受彎構(gòu)件加固，按前兩種破壞形態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。對第3種破壞形態(tài)，可通過控制加固量上限避免發(fā)生，即規(guī)定受壓區(qū)高度X不大于0.8ξbh0，就可控制不發(fā)生第3種破壞。第4種破壞形態(tài)屬于脆性破壞，此時(shí)碳纖維片材中的應(yīng)力很小，必須避免，一般通過構(gòu)造錨固措施予以保證。

2．構(gòu)造措施與計(jì)算同等重要

碳纖維片材沿其纖維方向彎折時(shí)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中和纖維絲折斷，影響其強(qiáng)度發(fā)揮。因此在構(gòu)件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)保證有不小于20mm的曲率半徑，可減緩應(yīng)力集中，強(qiáng)度基本上不受影響。

當(dāng)片材搭接長度過小時(shí)，破壞就會(huì)發(fā)生在搭接位置處，因此必須保證沿碳纖維受力方向的搭接長度不小于100mm。

碳纖維片材不能當(dāng)作防護(hù)材料使用，當(dāng)被加固砼結(jié)構(gòu)本身有防護(hù)要求時(shí)，采用碳纖維片材加固后還應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。必須保證防護(hù)材料與浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂粘結(jié)可靠，變形協(xié)調(diào)。同時(shí)還要考慮到預(yù)防紫外線照射、火災(zāi)等。