碳纖維加固鋼筋混凝土框架的研究進展

劉君陽

（華北理工大學輕工學院，河北省唐山 063000）

碳纖維加固鋼筋混凝土框架的研究進展

劉君陽

（華北理工大學輕工學院，河北省唐山 063000）

建筑物由于各種因素的作用，影響了正常使用，但是現實情況不允許將其全部拆掉重建，而需要進行加固和修復，使其仍能滿足安全性、適用性和耐久性的要求。碳纖維加固混凝土結構技術是土木工程技術領域中發展起來的一項新型加固技術，本文分別介紹了國內外對碳纖維加固混凝土結構技術研究的主要成果,并對今后擬開展的研究工作提出了建議。

碳纖維；框架加固

1 引言

隨著經濟建設突飛猛進的發展，各種新型建筑材料的不斷涌現，設計方法以及施工技術的不斷改進。碳纖維CFRP作為一種新型的加固材料，具有高強度、高模量、耐腐蝕、耐疲勞和易加工等優點，在鋼筋混凝土加固領域的應用越來越廣泛。本文對碳纖維加固混凝土結構技術進行了仔細的總結和分析，對今后開展研究和工程應用具有一定的參考價值。

2 碳纖維加固混凝土結構技術的研究進展

2.1 國外研究進展

2001年，Mahmoud M. Reda T和Nigel G S[1]研究中發現把碳纖維加入到混凝土中，能夠較明顯地改善混凝土的力學性能。在荷載作用時，模量高的比模量低的材料所能承受的荷載要大，碳纖維的加入能夠使混凝土承受的荷載變小，并且水泥中的裂紋擴展也得到了控制，從而實現了增韌的效果。

2001年，Li and M.N.S. Hadi[2]用碳纖維和玻璃纖維兩種材料加固高強混凝土柱，并進行了柱軸心受壓和偏心受壓的對比試驗研究，研究表明：碳纖維布的加固效果較好；加固后軸心受壓柱強度的提高明顯大于偏心受壓柱，混凝土強度較小的偏心壓柱加固效果更好，碳纖維包裹層數對加固效果有一定的影響。

2002年，T.El-Amoury 等[3]用玻璃纖維分別加固的混凝土邊節點和普通邊節點，通過對比研究表明：框架節點在玻璃纖維加固后，延性及耗能能力有明顯提高。

2005年，Abhijit Mukherjee和Mangesh Joshi[4]對纖維材料加固后的梁柱節點進行了循環加載試驗，對節點加固后的耗能性能進行了研究。研究表明：經過用纖維材料加固后，可以較顯著地改善節點的耗能性能。

2.2 國內研究進展

2003年，趙彤，劉明學和謝劍等[7]分別對混凝土柱的抗震性能和梁的受彎承載力進行了試驗研究，通過試驗分析了軸壓比、混凝土強度及碳纖維布對抗震性能的影響。研究表明：碳纖維加固鋼筋混凝土節點可以提高柱的延性和梁的受彎承載力。

2005年，戴紹斌[9]用有限元分析了碳纖維布對框架抗震性能的影響，研究結果表明：利用碳纖維布加固底部框架柱有助于提高框架的整體抗震性能，從而減少框架在地震作用下的最大側移和各層間位移。因此，利用碳纖維布包裹底層框架柱除可以加固底層柱剛度受損的框架外，還可以是一般框架具備一定的延性留存，從意義上來說是對框架所作的一種二次防御。

2007年，張準[11]對CFRP加固預應力梁的設計方法進行了深入研究，得出一下論斷：梁的極限承載力隨著加固量的增大而增大；如果加固適筋，破壞時的極限撓度有所增加，如果加固超筋，會得到相反結果；加固量的增添減緩初始裂縫的發展速度，到達極限時，梁底縫隙滿布；碳纖維布很難達到材料的抗拉應力設計，因為張拉控制應力筋的作用；加固時卸載量較大和預應力筋強度較低的構件，達到極限狀態時，CFRP可以得到更高的材料利用率。

2008年，蘇湘[10]對CFRP抗剪加固框架節點進行了深入研究分析，得出如下結論：ANSYS在單調加載時可以保證收斂問題，但在反復荷載作用下很難保證收斂性；隨著碳纖維用量的增加，節點的抗剪承載了提高幅度逐漸減小，一般最多的層數為三層時為最佳，超過這個層數，容易發生纖維布的玻璃破壞。加固效果較好的是碳纖維，其次是芳綸纖維和玻璃纖維。膠結層的破壞時，纖維布還未發揮作用，膠結層的破壞使得不能采用公共節點的方式模擬加固的真實情況。

2010年，劉進軍和王天穩[12]對CFRP加固框架節點低周反復荷載進行了深入的剖析，得出如下結論：改善了節點的受力，提高了節點的極限位移和延性，具有良好的耗能和變形能力；封閉式的加固方式更能有效地改善構件的承載力、延性及耗能能力；角鋼比纖維布提高開裂荷載的幅度大，抗彎的碳纖維錨固在柱子上，減小了傳給核心區的力，間接提高了節點的抗剪能力；破壞點多集中在梁柱交界處。

2011年，王志明[13]對鋼筋混凝土框架節點受力機制及加固方法進行了分析，有如下結論：從核心區受力機理出發，增強梁端縱筋的錨固、增大梁柱端部截面混凝土受壓區高度及加強核心區的約束作用等幾個方面來考慮采取加固措施；空間框架節點加固存在問題。

3 結語

框架結構的加固技術有很多種，傳統技術包括：加大截面加固法、外包鋼加固法、預應力加固法、增設支點加固法、粘鋼加固法和噴射混凝土加固技術等加固技術，碳纖維加固技術的研究相對比較薄弱，因此，碳纖維加固混凝土框架的研究具有非常重要的意義。

[1]MAHMOUD M. REDA T, NIEHL GS. Enhancing fracture toughness of high-performance carbon fiber cement composites[J]. ACI Materials Journal, 2001(2):168-178.

[2]J. LI and M. N. S. HADI. Behavior of Externally Confined High-Strength Conerete Column under Eeeentrie Loading [J]. Journal of Composites for Construction, 2001, 5(3): 146-152.

[3]T. El-AMOURY and GHOBARAH. Seismic rehabilitation of beam-column joint using GFRP sheets [J]. Engineering structures, 2002. (24): 1397-1407.

[4]ABHIJIT MUKHERJEE, MANGESH JOSHI. FRPC reinforced concrete beam-column joints under cyclic excitation[J]. Composite Structures, 2005, 70(2):185-199.

[5]趙彤, 劉明學, 謝劍. 碳纖維布增強鋼筋混凝土柱延性性能的評估與分析[J].地震工程與工程振動, 2003,(4) :117-123.

[6]戴紹斌, 杜黎妍. 碳纖維布增強混凝土框架抗震性能的有限元分析[J]. 地震工程與工程振動, 2005, 25(4):113-115.

[7]張準. 碳纖維布加固預應力混凝土梁的設計方法研究[D]. 同濟大學, 2007. [8]蘇湘. 纖維布抗剪加固鋼筋混凝土框架節點研究[D]. 長安大學, 2008.

[9]劉進軍, 王天穩. 碳纖維布加固框架節點低周反復荷載試驗研究[J]. 建筑結構. 2010, 40(2):70-73.

[10]王志明, 胡克旭. 鋼筋混凝土框架節點受力機制及加固方法評述[J]. 工業建筑, 2011, (41):133-136.

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1007-6344（2016）02-0024-01