1单向碳纤维板加固工程设计与施工介绍

东莞某项目为单层六层写字楼。除四楼餐厅外，其余楼层为办公用途。由于业主拟将五层改建为档案库，原楼层均布活荷载标准值为2 kN/m，不符合普通档案库的荷载要求。经设计计算，梁、板需要加强，楼板均布活荷载标准值提高到5kN/m2。丁一成从材料的物理性能、施工工艺、造价等方面进行对比选择后，采用了碳纤维板的加固方案，最终顺利满足使用要求。

2单向 碳纤维片材的强化原理

用于加固建筑结构的碳纤维板使用其支撑树脂将碳纤维板粘在建筑结构的表面上。利用粘结树脂的剪切强度将混凝土构件承受的荷载传递到碳纤维板，使后粘结碳纤维板与原钢筋混凝土构件共同承受外荷载力。

加固最终产生叠加受力效果，用于加固的碳纤维板相当于对建筑结构进行加固。

3单向碳纤维片材强化与其他材料强化对比

3. 1 建筑加固方法及分类

目前国际上通行的建筑结构加固分为直接加固和间接加固两大类。直接加固方法包括加大截面加固、外钢加固、预应力加固、辅助结构加固和碳纤维布加固。间接加固方法包括增加构件、增加支点、增加结构完整性和改变刚度比的方法。按加固材料分为钢、混凝土和软质材料三大类。碳纤维板材强化属于直接强化和软材料强化。

3.2 碳纤维增强特性

与其他类型的强化技术相比，碳纤维片材强化具有明显的特点，主要表现在：

(一)碳纤维材料本身具有较高的比强度和重量轻。加固施工后，原结构外形尺寸基本不变，原结构自重基本不增加。

(2)碳纤维板加固施工工艺简单，工期短，效率高。

(3)碳纤维材料弹性模量最高，对温度裂纹、锈胀裂纹等强化后的微小变形有较好的控制效果。

(4)碳纤维板加固几乎不需要错栓和外压，几乎不破坏混凝土的原有结构。

(5)采用碳纤维板加固法加固施工后，装修施工时无需处理界面。

(6)碳纤维板采用双层或三层粘贴加固时，由于其厚度较薄，几乎不受厚度增加引起的剪切力矩的影响，因此加固效果较好。

(7)碳纤维布由于其柔韧性和可缠绕性，对狭窄的工作面具有独特的加强作用。

(8)碳纤维布材料为各向异性材料，加固设计一般仅利用其纵向高强度来加固钢筋混凝土构件的抗拉抗弯强度。对于受压构件和受力复杂的构件，加固效果较差。

(9)碳纤维布加强一般不能加强构件的刚性，用板加强成本较高，整体效果不如贴钢板或型钢加强。

(10) 耐酸、碱、盐介质腐蚀，应用广泛。加固后，结构的耐腐蚀性能和耐久性能大大提高，可应用于各种工作环境下的构件加固。

4 碳纤维板加固工程设计

4.1弯曲强化

4.1.1 弯曲强化原则

建筑结构抗弯加固是通过在构件受拉区粘贴碳纤维布来代替或补充钢筋的抗拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。设计原则是当结构受力计算表明结构受压破坏时，加固后的设计总弯矩应小于实体的压缩弯矩与碳纤维板计算弯矩之和。 . 弯矩应小于实体的拉压弯矩与碳纤维板计算出的弯矩之和。

4.1.2 抗弯强化方法

(1)在结构梁和板的弯矩区采用多块密集分布的碳纤维板。在正弯矩区加固时，碳纤维板应延伸至支座边缘。当碳纤维片材延伸至支架边缘仍不符合要求时，应采取铀固结措施。在负弯矩区加强时，按负弯矩分布按规范布置，板不小于1/4跨，梁不小于1/3跨。

(2)在计算中，应校核结构的剪切是否满足设计要求，避免在弯曲破坏前发生剪切破坏。

(3)抗弯加固一般应在板材延伸长度内采用U形小鸡(上梁)通过长筋(上)或其他可靠的机械跟踪方法，以保证受力符合要求。

4.2剪切强化

4. 2.1 剪切强化原理

建筑结构的抗剪加固一般针对梁柱节点的受剪区域进行设计。一般设计原则是目标剪力设计值小于等于原始建筑结构剪力值与碳纤维板换算剪力值之和。

4.2.2 剪切强化法

(1) 抗剪强化时碳纤维板的方向应垂直于构件的纵轴。

(2)抗剪加固一般采用在结构受剪区粘贴环形小鸡、U形箍和双L型板U形箍的方法。U形箍和双L板U形箍应辅以双面压条，以增强跟踪力。

4.3柱子的抗震加固

4.3.1 柱抗震加固原则

柱的抗震加固由总换算体积加固比控制。也就是说，总换算强化比是根据结构箍筋的芯截面体积加上碳纤维板换算比计算出的强化比来计算的。计算出的结构柱力能满足混凝土结构设计规范对抗震柱加强比的要求。 

4.3.2 柱子的抗震加固方法

柱子的抗震加固采用环向绑扎碳纤维片的方法。碳纤维片材应连续排列在年轻加强的加强区。板带的搭接长度不应小于150mm，搭接处应错开。

结束语

(1) 碳纤维板的强化设计假设粘结树脂的强度满足设计要求，截面应变保持平面应变，各材料在许用应变范围内受力。在结构的初始应变之后，板受到被动应力。不同的加固对象由于不同的初应力和不同的工程环境，具有不同的加固效果。在设计和使用参数时要特别注意。以后应加强对结构与板材应力应变关系的研究。

2）施工过程中，结构基础的处理、粘结材料的制备、施工人员的技术水平对加固效果也有较大影响，因此必须严格组织设计要求，组织施工。

(3) 受施工条件复杂性和理论研究深度的限制，现行规范有待进一步完善。

(4) 这种加固方法一般适用于房屋建筑和一般结构中承受静力的一般受弯和受拉构件，也可适用于砖石结构、木结构和钢结构构件的加固。不适用于受压构件、刚度不足的构件和承受动载荷的结构构件。