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利用高強(qiáng)非金屬纖維類材料，如碳纖維、玻璃纖維等對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法，具有耐久性好，施工簡便，不加大截面，不增加荷載，外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，已成功用于多種結(jié)構(gòu)的抗震、抗彎和抗剪加固。但是，碳纖維加固方法也有其適用范圍，本文通過幾個(gè)工程實(shí)例，分析用碳纖維加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其適用性。

1、碳纖維用于抗震加固

試驗(yàn)研究表明，用碳纖維材料包裹鋼筋混凝土柱，使纖維方向與柱軸線相垂直，可以有效提高柱的延性和承載力，增加其抗震耗能能力[1]。另外，剪力墻作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，其破壞形態(tài)不外乎受彎延性破壞（中高剪力墻）或受剪脆性破壞（低剪力墻）。將碳纖維用于加固剪力墻，只要方法適當(dāng)，也可顯著提高其延性和承載力。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震加固是碳纖維材料應(yīng)用的一個(gè)有效領(lǐng)域。但應(yīng)指出，用碳纖維對柱或剪力墻進(jìn)行加固時(shí)，由于碳纖維本身屬預(yù)柔性材料，通過結(jié)構(gòu)膠與被加固結(jié)構(gòu)粘結(jié)，這就要求被加固結(jié)構(gòu)混凝土須滿足一定的強(qiáng)度要求，才有可能發(fā)揮碳纖維的加固效果。以下以實(shí)際工程為例說明碳纖維加固鋼筋混凝土柱并改善抗震性能的方法。

1.1工程概況和加固方案

某多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，施工驗(yàn)收時(shí)發(fā)現(xiàn)有9根框架柱混凝土強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求，致使軸壓比過大，無法滿足軸壓比限值所需的延性要求，對此確定采用碳纖維布對柱進(jìn)行包裹的加固方案。其理由一方面是碳纖維的包裹對柱混凝土產(chǎn)生環(huán)箍作用，可在一定程度上提高混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度；另一方面，碳纖維對柱的橫向約束作用還可顯著提高柱在水平荷載下的延性，滿足軸壓比的延性要求。

加固材料采用美國赫氏單向碳纖維布環(huán)氧復(fù)合材料。通過對承載力和延性的計(jì)算，對強(qiáng)度較低的3根柱采用沿整個(gè)柱高范圍包裹3層碳纖維布的方案，對其他6根柱采用沿整個(gè)柱高度范圍內(nèi)包裹2層碳纖維布的方案。

1.2加固承載力和延性分析 經(jīng)碳纖維加固后，可以顯著提高框架柱的抗剪承載力和延性。原結(jié)構(gòu)為800㎜×800㎜框架柱，層高3.6m。根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，碳纖維加固后抗剪承載力的提高可按下式計(jì)算[2]：

VCFS=νρCFSfCFSbho 對本工程的全包裹加固方案，該公式可改寫為：

VCFS=2νtfCFSho式中，t為包裹的碳纖維厚度，fCFS為碳纖維的極限抗拉強(qiáng)度，ho為混凝土截面有效高度，ν為碳纖維布受剪系數(shù)，按下式計(jì)算： 式中n為軸壓比，λ為剪跨比，λsv+λCFS為總配箍特征值。

根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)軸壓比確定時(shí)，碳纖維加固柱延性系數(shù)μ隨強(qiáng)剪弱彎系數(shù)Vs/VM基本呈線性增長。當(dāng)軸壓比為0.48時(shí)，有如下擬合公式[3]：μ=-1.278+5.233Vs/VM 由上式可見，碳纖維抗剪加固量越大，Vs/VM就越大，延性系數(shù)就越大。另外，根據(jù)文獻(xiàn)[4]，當(dāng)延性系數(shù)保持不變時(shí)，配箍特征系數(shù)與軸壓比有如下關(guān)系：

上式表明，當(dāng)軸壓比增大時(shí)，為保持延性系數(shù)不變，應(yīng)適當(dāng)增加配箍率。按保守估算，對本工程假設(shè)由于混凝土強(qiáng)度降低導(dǎo)致柱軸壓比增大值為0.3，則對應(yīng)所需的配箍特征系數(shù)增量為0.066，而本加固方案新增碳纖維配箍特征系數(shù)為0.097，完全能滿足要求。

由上述分析可見，當(dāng)用碳纖維加固鋼筋混凝土柱以提高抗震能力時(shí)，應(yīng)根據(jù)承載力和延性指標(biāo)確定碳纖維布的用量。