【摘要】隨著人類社會(huì)不斷的進(jìn)步和科學(xué)研究飛速的進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)加固的方法也越來越多，施工模式也越來越簡(jiǎn)單實(shí)用。碳纖維復(fù)合材料作為一種用于建筑結(jié)構(gòu)加固的新型材料，由于碳纖維具有強(qiáng)度高、自重輕、施工方便、快捷、應(yīng)用廣泛等優(yōu)良性能，因而利用碳纖維布加固鋼筋混凝土構(gòu)件以提高承載力及延長(zhǎng)壽命是目前比較流行的方法，在建筑業(yè)中有著廣泛的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】碳纖維復(fù)合材料；建筑結(jié)構(gòu)；加固；應(yīng)用

一、碳纖維復(fù)合材料加固結(jié)構(gòu)的原理

碳纖維復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點(diǎn)，其抗拉強(qiáng)度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固改善混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維復(fù)合材料主要分為兩種：碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強(qiáng)度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當(dāng)，某些（如高彈性）碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復(fù)材料；配套樹脂則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個(gè)復(fù)合性整體，并且共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。

二、碳纖維復(fù)合材料加固結(jié)構(gòu)的作用

1.提高結(jié)構(gòu)抗剪切能力。碳纖維包覆柱或墩時(shí)，由于碳纖維的橫向約束作用使柱或墩的受力狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)一步提高了抗剪切能力。特別時(shí)發(fā)生地震時(shí)，能有效地防止柱或墩出現(xiàn)脆裂性破壞。

2.加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗彎曲能力。一般把碳纖維布粘在梁或板的底部后，當(dāng)梁或板出現(xiàn)彎曲變形時(shí)，碳纖維布與梁或板內(nèi)部的聯(lián)合承受力，共同發(fā)揮作用，可有效地增強(qiáng)梁或板的抗彎曲能力。

3.增長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命。由于碳纖維布包覆混凝土結(jié)構(gòu)提升了結(jié)構(gòu)的延伸性和承受力，同時(shí)又對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有防護(hù)作用，因此可以增長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。

4.延遲裂縫出現(xiàn)，抑制裂縫擴(kuò)散。當(dāng)碳纖維布包覆混凝土結(jié)構(gòu)后，大大提高了混凝土抗裂能力，延遲了裂縫的出現(xiàn)。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫時(shí)，碳纖維布可有效地抑制裂縫繼續(xù)擴(kuò)散。

三、碳纖維復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

1.碳纖維材料結(jié)構(gòu)加固適用范圍

碳纖維材料可應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、煙囪、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)部位；另外，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以通過碳纖維材料進(jìn)行加固。具體說來適用范圍如下：利用碳纖維材料加固公路橋敦結(jié)構(gòu)、對(duì)既有鋼筋混凝土煙囪的加固；構(gòu)件抗彎加固、梁柱構(gòu)件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿斷裂加固、砌體的抗震加固、承載力不足加固、樓房增層加固、框架柱軸壓比超限加固、樓板裂縫加固、剪力墻開洞加固、樓面荷載增大加固、橋梁斷裂、舊橋改修加固和水塔加固等等。

2.碳纖維片材可選用以下方式對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固

在梁、板構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進(jìn)行受彎加固，纖維方向與加固處的受拉方向一致；選用封閉式粘貼、U形粘貼或側(cè)面粘貼對(duì)梁、柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行受剪加固，纖維方向應(yīng)與結(jié)構(gòu)軸向垂直；采用封閉式粘貼對(duì)柱進(jìn)行抗震加固，纖維方向與柱軸向垂；當(dāng)有可靠依據(jù)時(shí)，碳纖維片材也可選用其它形式或其它受力狀況的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固；采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算；鋼筋和混凝土材料，依據(jù)檢測(cè)獲得的實(shí)際強(qiáng)度，依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定其相應(yīng)的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)；碳纖維片材應(yīng)依據(jù)構(gòu)件達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)變，按線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定其相應(yīng)的應(yīng)力；碳纖維片材應(yīng)選擇廠家提供的不低于95%保證率的極限抗拉強(qiáng)度作為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)使用粘貼碳纖維片材對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)考慮加固后對(duì)結(jié)構(gòu)中其它構(gòu)件或構(gòu)件的其它性能可能帶來的影響。如果不能在完全卸載條件下進(jìn)行加固，應(yīng)考慮二次受力的影響；在受彎加固和受剪加固時(shí)，被加固混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)小于Cl5.使用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)小于C10.

四、結(jié)語(yǔ)

碳纖維復(fù)合材料的耐久性好，抵抗酸、堿腐蝕的能力強(qiáng)，對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響較小，施工方便，具有其他加固方式無法比擬的優(yōu)越性及良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，隨著碳纖維材料成本的降低及國(guó)內(nèi)外研究的不斷深入，該項(xiàng)技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，具有廣闊的發(fā)展前景，也許在未來人類社會(huì)在材料應(yīng)用上會(huì)從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)碳纖維材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。

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作者簡(jiǎn)介：

張蕾（1988—），女，漢族，浙江杭州人，德國(guó)萊比錫應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士，浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，講師，研究方向：建筑工程管理、建筑結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)加固材料。