混凝土结构碳纤维加固规范.doc

混凝土结构碳纤维加固规范(本文由:上海鼎峰加固工程整理) 利用高强非金属纤维类材料, 如碳纤维、玻璃纤维等对结构进行加固的方法, 具有耐久性好, 施工简便, 不加大截面, 不增加荷载, 外形美观等优点, 已成功用于多种结构的抗震、抗弯和抗剪加固。但是,碳纤维加固方法也有其适用范围,本文通过几个工程实例,分析用碳纤维加固钢筋混凝土结构的特点及其适用性。 1 、碳纤维用于抗震加固试验研究表明, 用碳纤维材料包裹钢筋混凝土柱, 使纤维方向与柱轴线相垂直, 可以有效提高柱的延性和承载力, 增加其抗震耗能能力[1] 。另外, 剪力墙作为主要抗侧力构件, 其破坏形态不外乎受弯延性破坏(中高剪力墙)或受剪脆性破坏(低剪力墙) 。将碳纤维用于加固剪力墙, 只要方法适当, 也可显著提高其延性和承载力。因此, 钢筋混凝土结构的抗震加固是碳纤维材料应用的一个有效领域。但应指出,用碳纤维对柱或剪力墙进行加固时, 由于碳纤维本身属预柔性材料, 通过结构胶与被加固结构粘结, 这就要求被加固结构混凝土须满足一定的强度要求, 才有可能发挥碳纤维的加固效果。以下以实际工程为例说明碳纤维加固钢筋混凝土柱并改善抗震性能的方法。 工程概况和加固方案某多层钢筋混凝土框架结构, 施工验收时发现有 9 根框架柱混凝土强度不能满足设计要求, 致使轴压比过大, 无法满足轴压比限值所需的延性要求, 对此确定采用碳纤维布对柱进行包裹的加固方案。其理由一方面是碳纤维的包裹对柱混凝土产生环箍作用, 可在一定程度上提高混凝土的轴心抗压强度; 另一方面, 碳纤维对柱的横向约束作用还可显著提高柱在水平荷载下的延性,满足轴压比的延性要求。加固材料采用美国赫氏单向碳纤维布环氧复合材料。通过对承载力和延性的计算,对强度较低的 3 根柱采用沿整个柱高范围包裹 3 层碳纤维布的方案, 对其他 6 根柱采用沿整个柱高度范围内包裹 2 层碳纤维布的方案。 加固承载力和延性分析经碳纤维加固后,可以显著提高框架柱的抗剪承载力和延性。原结构为 800 ㎜× 800 ㎜框架柱, 层高 。根据有关研究结果, 碳纤维加固后抗剪承载力的提高可按下式计算[2] : VCFS= νρ CFSfCFSbho 对本工程的全包裹加固方案,该公式可改写为: VCFS=2 ν tfCFSho 式中, t 为包裹的碳纤维厚度, fCFS 为碳纤维的极限抗拉强度, ho 为混凝土截面有效高度, ν为碳纤维布受剪系数,按下式计算: 式中 n 为轴压比, λ为剪跨比, λ sv+ λ CFS 为总配箍特征值。设计混凝土强度为 C40 , 按此计算, 单根柱的抗剪承载力应为 1312KN 。对强度较低的3 根柱,最低混凝土强度为 ,未加固时的抗剪承载力为 1031KN 。包裹 3 层碳纤维, 可算出承载力提高值为 319KN , 则加固后总承载力为 1350KN , 高于设计承载力。对另 6 根柱,最低混凝土强度为 35Mpa ,未加固时的抗剪承载力为 1209KN 。包裹 2 层碳纤维, 可算出承载力的提高值为 246KN ,加固后总承载力为 1455KN ,也高于设计承载力。根据有关试验结果,当轴压比确定时,碳纤维加固柱延性系数μ随强剪弱弯系数 Vs/VM 基本呈线性增长。当轴压比为 时,有如下拟合公式[3]