摘要：加強(qiáng)鋼筋混凝土柱碳纖維加固施工的研究是十分必要的。本文作者結(jié)合多年來(lái)的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼筋混凝土柱碳纖維加固施工進(jìn)行了研究探討，具有重要的參考意義。
　　關(guān)鍵詞：混凝土柱 碳纖維 加固
　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料是當(dāng)前人類在營(yíng)建生活、生產(chǎn)家園過(guò)程中使用最為普遍的建筑材料之一。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋發(fā)生腐蝕的機(jī)理主要可以歸結(jié)為兩個(gè)方面：內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素是與混凝土的結(jié)構(gòu)和液相成分有關(guān)，在低堿混凝土（石膏混凝土、石膏火山灰質(zhì)水泥及其他）、含氯化物外加劑及多孔混凝土中，鋼筋是很難被鈍化或鈍化膜僅僅處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。內(nèi)部的誘因可能會(huì)在較早的時(shí)間促使鋼筋腐蝕。外部因素是指受混凝土周圍介質(zhì)的影響，會(huì)逐步發(fā)生變化而失去保護(hù)鋼筋的能力，這些外部誘因一般會(huì)是物理的、化學(xué)的或者物理化學(xué)的過(guò)程。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的問(wèn)題，是材料發(fā)生失效破壞最為主要的影響因素。
　　近年來(lái)因碳纖維生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，其生產(chǎn)成本在不斷的降低。纖維及纖維復(fù)合材料也越來(lái)越多地被用于建筑工程方面。一般而言，纖維及纖維復(fù)合材料在混凝土和鋼筋混凝土等建筑結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用方式主要有兩種：一種是將短切纖維或長(zhǎng)纖維在混凝土拌制時(shí)按照一定摻入量和方式加入，得到混凝土與纖維的復(fù)合型材料，也叫纖維混凝土；另一種是以纖維和高分子樹脂的復(fù)合材料用于混凝土的加固補(bǔ)強(qiáng)。在各類纖維當(dāng)中，碳纖維因其優(yōu)異性能備受關(guān)注。
　　1、鋼筋混凝土柱CFRP加固機(jī)理分析 1.1、碳纖維CFRP材料 碳纖維CFRP一般是直徑為5μm～20μm的連續(xù)纖維，基材由樹脂和固化劑組成，用樹脂（內(nèi)加固化劑）浸潤(rùn)碳纖維，待樹脂固化后便形成了碳纖維增強(qiáng)塑料（簡(jiǎn)稱CFRP）。其特性：密度小，為普通鋼材的1/6；強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度約為普通鋼筋的4～6倍；抗腐蝕性能好，強(qiáng)度不受酸堿腐蝕介質(zhì)的影響；非磁性，不影響電磁信號(hào)的傳播；抗疲勞性能優(yōu)良，疲勞壽命普遍高于鋼材；溫變系數(shù)和混凝土相當(dāng)；彈性模量和鋼材相近；極限延伸率1%。 1.2、鋼筋混凝土柱CFRP加固原理 鋼筋混凝土柱在承受軸向壓力時(shí)，構(gòu)件是由于受到極限值非常小的橫向擴(kuò)張引起的，如能在構(gòu)件四周創(chuàng)造橫向約束，以阻止受壓構(gòu)件的這種橫向擴(kuò)張，從而提高構(gòu)件抗壓承載力和變形能力。 碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱就是在柱混凝土和CFRP增強(qiáng)帶之間產(chǎn)生約束作用，（它們之間的相互作用力稱為界面約束應(yīng)力）受橫向界面約束應(yīng)力的作用，塑性區(qū)的核心混凝土處于三向應(yīng)力狀態(tài)，與單向受力狀態(tài)相比，混凝土的極限壓應(yīng)變和承載力會(huì)提高，在柱彎曲承載力沒(méi)有明顯下降的情況下，并不考慮失穩(wěn)的影響，加固后鋼筋混凝土柱具有較大的延性變形與耗能能力。 1.3、鋼筋混凝土柱在CFRP包裹作用下的應(yīng)力分布情況 1.3.1、由于CFRP對(duì)鋼筋混凝土柱的橫向約束后使CFRP形成軸向拉伸應(yīng)力，而CFRP的抗彎能力極弱，矩形柱在CFRP包裹約束下其最終極限軸向抗壓強(qiáng)度相對(duì)圓柱而言大大降低，主要由于側(cè)向約束應(yīng)力不均勻。矩形柱邊中央側(cè)向約束弱，拐角處側(cè)向應(yīng)力集中約束較大，柱邊只有在發(fā)生側(cè)向塑性變形時(shí)CFRP對(duì)鋼筋混凝土柱的橫向約束應(yīng)力才能極速增長(zhǎng)。 1.3.2、由于CFRP對(duì)鋼筋混凝土柱的約束為界面約束，只有當(dāng)混凝土向外橫向擴(kuò)張時(shí)（產(chǎn)生塑性變形）CFRP方能對(duì)混凝土產(chǎn)生約束應(yīng)力，因此柱環(huán)向外包CFRP在承受荷載時(shí)表現(xiàn)出兩階段的受力過(guò)程：第一階段，混凝土軸向壓應(yīng)力較小，橫向變形較小，CFRP受力較小；第二階段，隨著荷載的增加，柱混凝土變形增大，CFRP環(huán)向應(yīng)力顯著增長(zhǎng)，環(huán)向約束力迅速增加，直到當(dāng)CFRP達(dá)到其極限拉伸應(yīng)變時(shí)發(fā)生斷裂。CFRP對(duì)混凝土產(chǎn)生約束應(yīng)力、應(yīng)變值的提高幅度，與使用CFRP材料的規(guī)格、粘貼形式、粘貼層數(shù)有關(guān)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。
　　2、碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱的技術(shù)及施工要點(diǎn)
　　2.1、適用范圍及工況要求 CFRP加固鋼筋混凝土柱適用于圓柱或小截面矩形柱（截面邊長(zhǎng)一般小于800mm），在未失穩(wěn)狀態(tài)下能大幅提高鋼筋混凝土柱的軸壓承載能力。加固的前提條件是構(gòu)件的核心混凝土未被破壞，尚具有一定的承載和變形能力。在江蘇省鎮(zhèn)江市某教學(xué)樓加固工程的實(shí)例中，四層磚混結(jié)構(gòu)，建于上世紀(jì)90年代初期，根據(jù)國(guó)家有關(guān)要求，校舍必須符合乙類建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并按鎮(zhèn)江市八度抗震設(shè)防要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算。加固后的校舍必須符合《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》和《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》等工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2.2、CFRP外包鋼筋混凝土加固技術(shù) 2.2.1、前期準(zhǔn)備 鋼筋混凝土柱在加固前，需要對(duì)構(gòu)件采取一定量的卸載工作，減少外包CFRP對(duì)于混凝土柱表面的應(yīng)變滯后。構(gòu)件表面清理，清除表層松動(dòng)的混凝土，打磨至堅(jiān)硬層，粘貼面找平處理并清除粘貼面上的油污、浮漿、粉塵。矩形柱還須倒角處理以緩解角部的集中應(yīng)力，倒角半徑不小于20mm。 2.2.2、混凝土表面粘貼CFRP 根據(jù)混凝土補(bǔ)強(qiáng)要求和試驗(yàn)情況，可采用單層或多層CFRP箍帶間隔加固或全截面外包加固的方法。 CFRP粘貼膠均為特殊設(shè)計(jì)的環(huán)氧樹脂，構(gòu)件加固質(zhì)量的優(yōu)劣與粘貼膠有直接影響，因此選擇優(yōu)質(zhì)的粘貼膠和對(duì)粘貼膠施工前的檢測(cè)至關(guān)重要。 2.3、加固施工要點(diǎn)： 2.3.1、鋼筋混凝土柱加固前的卸荷，混凝土構(gòu)件在負(fù)荷外包CFRP時(shí)，外包CFRP相對(duì)于混凝土柱表面存在應(yīng)變滯后，常發(fā)生CFRP尚未被拉斷混凝土已被壓壞的情況，這種效應(yīng)使得CFRP的補(bǔ)強(qiáng)效果降低，不能充分發(fā)揮CFRP的高強(qiáng)抗拉性能。 2.3.2、混凝土構(gòu)件表面的修復(fù)工作極為重要，其直接影響CFRP對(duì)混凝土橫向約束效果。矩形柱拐角倒角的半徑不得小于20mm，柱側(cè)最好修成外凸面，減輕角部CFRP的集中應(yīng)力。 2.3.3、必須選擇優(yōu)質(zhì)的CFRP纖維布和粘貼膠，施工中應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的過(guò)程質(zhì)量控制，并保證纖維布和粘貼膠的配套。 碳纖維加固具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗腐蝕、耐老化、耐久性好、物理性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。用碳纖維加固材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)，能達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的，對(duì)于提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性具有顯著作用。該大樓工程采用碳纖維進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固的工程實(shí)例，說(shuō)明采用碳纖維加固的設(shè)計(jì)方法是合理、可靠的。
　　3、結(jié)論
　　1）碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱，能使混凝土承受軸向受力狀態(tài)變?yōu)槿�向受力狀態(tài)，約束混凝土的承載力和變形能力得到提高，特別對(duì)軸壓比不能滿足抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求的鋼筋混凝土柱加固效果比較明顯。
　　2）提高塑性鉸區(qū)的承載力及延性，鋼筋混凝土柱在地震荷載的重復(fù)作用下，上下端會(huì)首先出現(xiàn)塑性鉸區(qū)，承載能力及延性迅速下降，用CFRP進(jìn)行纏繞加固后，塑性鉸區(qū)核心混凝土受到約束極限強(qiáng)度及變形能力大幅提高。
　　3）施工工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)要求不高、質(zhì)量易于保證、約束效果好、抗腐蝕能力強(qiáng)，在后期的使用過(guò)程中不需做定期維護(hù)，因此綜合經(jīng)濟(jì)效益好。
　　4）耐高溫性能差，對(duì)于高溫環(huán)境及有防火要求的建筑物，必須按照要求選擇防火材料并進(jìn)行防護(hù)處理；不規(guī)則或大截面矩形柱應(yīng)有條件使用。
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