碳纤维加固技术在砖混结构加固中的应用

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1、碳纤维加固技术在砖混结构加固中的应用郑禄华（厦门兴普华工程技术有限公司）摘要：以一个工程应用为例介绍了碳纤维复合材料（CFRP）在砖混结构加固中的计算方法和施工工艺。关键词：碳纤维复合材料砖混结构加固技术APPLICATIONOFCFPRTOSTRENGTHENBRICKWORKSTRUCTURESZhengLuhuaDingRuifengAbstract：ThemethodandtechnicsofCFRPstrengtheningforbrickworkstructuresisintroducedba

2、sedonanapplicationexampleofreconstructionengineering.Keywords：CFRP,brickworkstructures,strengthentechnology碳纤维增强聚合物（CarbonFiberReinforcedPolymer简称CFRP）是一种新兴的高强材料，最早应用于航空航天等高科技领域，近年来在土木工程领域中的研究与应用得到了迅速发展。碳纤维增强聚合物（也称碳纤维增强塑料）由改性环氧树脂粘聚高抗拉强度的碳纤维束组成。采用碳纤维布加固具有以

3、下几个优点：a、抗拉强度高（抗拉强度约为二级钢的十几倍），效果好；b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；c、自重轻（约200g/m2），基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广，适合任何形状；d、施工简便（不需大型施工机构及周转材料），没有湿作业，易于操作，经济性好；e、施工工期短。1、工程概况某市公安局干警接待站建造于80年代，属于砖混结构，共六层，每隔两层布置一层圈梁，即2、4、6层设有圈梁，设计时未进行抗震设防。1995年曾对2、4、6层周边圈梁采用加大截面法对其进行抗震加固

4、，并在转角增设抗震柱。2000年5月，建筑物内部改造，部分圈梁下承重墙需拆除，需对相应圈梁进行加固。经过方案论证和经济技术可行性比较，决定采用碳纤维复合材料进行加固。加固平面如图1所示。图1加固平面（2、4、6层圈梁）2、材料特性⑴本工程使用德国进口的碳纤维布（UDO200），其主要性能指标见表1：表1型号单位面积质量（g·cm-2）设计厚度mm设计抗拉强度fcf/MPa弹性模量Ecf/MPaUDO2002000.11135342.28×105⑵粘贴用树脂采用国产JGN型建筑结构胶，其主要性能指示见表2：

5、表2种类拉伸强度MPa压缩强度MPa剪切强度MPa适用温度℃可使用时间min基底树脂（JGN-E）---0～3815～30修补树脂（LGN-F）＞28＞50＞180～38＞40粘结树脂（JGN-D）＞28＞50＞180～38＞603、加固设计3.1基本假定碳纤维材料加固后混凝土梁的极限承载力计算采用如下基本假定：（1）受拉区混凝土的作用忽略不计；（2）梁受弯后，混凝土、钢筋及碳纤维应变符合平截面假定；（3）碳纤维材料采用线弹性应力-应变关系：σcf=Ecf×εcf且εcf<0.01。3.2设计方法3.2.

6、1实用公式根据极限状态应力应变关系（图2），由平衡条件可得：当χ≥2a＇时，fcmbx+fy＇As＇=fyAs+σcfAcf（1）Mu≤σcfAcf(h-χ/2)+fyAs(h0-χ/2)-fy＇As＇(χ/2-as＇)当χ<2a＇时，fcmbx+fy＇As＇=fyAs+σcfAcf（2）Mu≤σcfAcf(h-as＇)+fyAs(h0-as＇)图2截面极限状态应力示意图式中Mu－包含初始弯矩的总弯矩设计值Acf－受拉面粘贴的碳纤维片材截面面积;σcf－碳纤维片材抗拉强度设计值;AS、AS＇－受拉钢筋、受

7、压钢筋截面面积;fy、fy＇－受拉钢筋和受压钢筋的抗拉、抗压强度设计值;3.2.2规程公式根据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（报批稿）的规定，当混凝土受压区高度x＞ξcfbh时，其极限弯矩：M=fyAsx(h0－x/2)+fy＇As＇(h0－a’)+Ecf[εcf]Acf(h－h0)（3）当混凝土受压区高度2a＇≤x≤ξcfbh时，其极限弯矩：M≤fyAs(h0-0.5gξcfbh)+Ecf[εcf]·Acf（1-0.5ξcfb）（4）当混凝土受压区高度x＜2a＇时，其极限弯矩：M=fyAs(h

8、0-a＇)+Ecf[εcf]Acf(h0-a＇)（5）其中，界限相对受压区高度：ξcfb=0.8εcu/（εcu+[εcf]）（6）[εcf]=kmεcfu其中km=1-ncfEcftcf/42000（7）式中M－包含初始弯矩的总弯矩设计值Acf－受拉面粘贴的碳纤维片材截面面积;σcf－碳纤维片材抗拉强度设计值;AS、AS＇－受拉钢筋、受压钢筋截面面积;fy、fy＇－受拉钢筋和受压钢筋的抗拉、抗压强度设计值;Ecf－碳纤维片材