梁板結(jié)構(gòu)承載力不足的原因分析及碳纖維加固

摘要：粘貼碳纖維加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此達(dá)到對建筑物進行加固、補強的目的。本文對梁板結(jié)構(gòu)的承載力不足的原因進行了系統(tǒng)總結(jié)，并對碳纖維材料在梁板結(jié)構(gòu)加固工程中的應(yīng)用進行了介紹。

關(guān)鍵詞：梁板結(jié)構(gòu)；加固；碳纖維

引言

碳纖維布加固修補結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達(dá)到對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補強的目的。碳纖維材料(CFRP)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補的研究始于上世紀(jì)80年代美、日等發(fā)達(dá)國家，我國起步較晚，在20世紀(jì)90年代后期國內(nèi)才開始碳纖維加固技術(shù)的研究與應(yīng)用，并且已經(jīng)取得了一定的成果，在工程中得到日益廣泛的應(yīng)用。

1. 梁、板承載力不足的原因及加固目的

1.1 梁、板承載力不足的原因

（1）由于施工過程中混凝土強度達(dá)不到設(shè)計要求，或因鋼筋少配、誤配而引起梁、板等受彎構(gòu)件承載力不足。（2）在設(shè)計方面引起梁、板等受彎構(gòu)件承載力不足最主要的原因是計算簡圖與梁、板實際受力情況不符合，或者荷載漏算、少算。（3）使用過程中嚴(yán)重超載也會導(dǎo)致梁板承載力不足。（4）其他原因:地基的不均勻沉降，使梁中產(chǎn)生附加應(yīng)力；采用了不成熟的構(gòu)件；構(gòu)件形式帶來的影響。例如，采用薄腹梁雖有不少優(yōu)點，但是有一定數(shù)量的薄腹梁產(chǎn)生較嚴(yán)重的斜裂縫；構(gòu)件耐久性不足導(dǎo)致鋼筋嚴(yán)重銹蝕甚至銹斷，嚴(yán)重影響承載力。引起承載力不足的原因，除上述例舉外，還有鋼筋錨固不足、搭接長度不夠、焊接不牢以及荷載的突然作用等等。

1.2補強加固的目的

(1)提高結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的強度；(2)提高結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的穩(wěn)定性；(3)提高結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的剛度；(4)提高結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的耐久性。

2. 混凝土加固結(jié)構(gòu)的受力特性

對已建的結(jié)構(gòu)進行加固，其受力性能與一般未經(jīng)加固的普通結(jié)構(gòu)有較大的差異。首先，加固結(jié)構(gòu)屬于二次受力結(jié)構(gòu)，加固前原結(jié)構(gòu)已有載荷作用受力(即第一次受力)，原結(jié)構(gòu)存在一定的壓縮(或彎曲)變形，同時原結(jié)構(gòu)混凝土基本已經(jīng)完成收縮變形；而加固一般是在未卸荷下進行的，新加部分在新增荷載時，即第二次加載下，才開始受力，導(dǎo)致新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變滯后于原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變。因此，新、舊結(jié)構(gòu)不能同時達(dá)到應(yīng)力峰值，破壞時，新加部分可能達(dá)不到自身的極限狀態(tài)。其次，加固結(jié)構(gòu)新、舊兩部分存在整體工作問題，整體工作的關(guān)鍵在于結(jié)合面能否有效地傳遞剪力。由于加固結(jié)構(gòu)有上述的受力特征，決定了其計算方法和構(gòu)造處理以及施工要求，不同于普通混凝土結(jié)構(gòu)。

3. 碳纖維加固

3.1適用范圍

（1）適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。（2）基層混凝土的強度等級不低于C15。

3.2 工藝流程

工藝流程：表面處理→卸荷→涂底膠→找平→涂面膠→粘貼→粉刷保護。

3.3 粘貼碳纖維片材進行受彎加固的破壞形態(tài)

粘貼碳纖維片材進行受彎加固的破壞形態(tài)主要有以下幾種：（1）受拉鋼筋先達(dá)到屈服，然后受壓區(qū)混凝土壓壞，此時碳纖維片材尚未達(dá)到其容許拉應(yīng)變；（2）受拉鋼筋先達(dá)到屈服，碳纖維片材已超過其容許拉應(yīng)變，并達(dá)到極限拉應(yīng)變而拉斷，此時受壓區(qū)混凝土尚未壓壞；（3）由于碳纖維片材的加固量過大，在受拉鋼筋達(dá)到屈服前，受壓區(qū)混凝土已首先壓壞；（4）在達(dá)到正截面承載力前，碳纖維片材與混凝土基面已產(chǎn)生剝離破壞。

3.4碳纖維加固特點

碳纖維加固是利用碳纖維布和結(jié)構(gòu)膠對構(gòu)件進行加固處理，具有以下特點：（1）抗拉強度高，是Ⅱ級鋼筋的10倍以上。（2）輕質(zhì)、柔軟、易粘貼、質(zhì)量易于保證，不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。加固時不需螺栓、鉚釘固定，對結(jié)構(gòu)擾動小，可更好保護結(jié)構(gòu)整體性。（3）廣泛應(yīng)用于橋梁和建筑加固，特別適用于各類曲面結(jié)構(gòu)。適用面廣，質(zhì)量易保證。（4）耐久性好，耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境腐蝕，耐持久性能佳。（5）可提高柱延性（抗震能力）2至4倍，提高梁、板的抗彎能力30%～100%，增強梁、柱抗剪能力30%～80%，提高柱、墻承壓能力20%～50%。（6）加固修補后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。（7）施工便捷，工效高，沒有濕作業(yè)，不需現(xiàn)場固定設(shè)施，施工占用場地少。

3.5一般構(gòu)造要求

（1）當(dāng)碳纖維布沿其纖維方向需繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時，轉(zhuǎn)角處構(gòu)件外表面的曲率半徑應(yīng)不小于20mm。（2）碳纖維布沿纖維受力方向的搭接長度應(yīng)不小于100mm。當(dāng)采用多條或多層碳纖維布加固時，各條或各層之間的搭接位置宜相互錯開。（3）為保證碳纖維可靠地與混凝土共同工作，必要時應(yīng)采取附加錨固措施。

3.6 施工安全及注意事項

(1)碳纖維片材為導(dǎo)電材料，使用碳纖維片材時應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源。（2)使用中應(yīng)避免碳纖維片材的彎折。(3)碳纖維片材配套樹脂的原料應(yīng)密封儲存，遠(yuǎn)離火源，避免陽光直接照射。（4）樹脂的配制和使用場所，應(yīng)保持通風(fēng)良好。(5)現(xiàn)場施工人員應(yīng)根據(jù)使用樹脂材料采取相應(yīng)的勞動保護措施。

4. 結(jié)語

碳纖維加固技術(shù)對于混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的補強加固效果十分理想，在基本不增大梁的截面尺寸及自重的前提下，該技術(shù)在施工工期、材料耐久性、施工質(zhì)量等方面均達(dá)到了業(yè)主的要求，其綜合經(jīng)濟效益和社會效益良好，具有較大的推廣使用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂西林．建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計[M]．北京:科學(xué)出版社，1997．

[2] 卓尚木，季直倉，卓昌志．鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)事故分析與加固[M]．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001．

[3] 李惠強．建筑結(jié)構(gòu)診斷鑒定與加固修復(fù)[M]．武漢:華中科技大學(xué)出版社，2001．