碳纖維布在木結構梁中加固中的應用

謝成成

摘要：我國大部分古建筑在世界建筑中的占有較大地位，其中最為常見的以木結構為首的建筑類的數量居多，且歷史悠久。本文主要對我國傳統木結構加固的方法進行主要簡介，了解其不足之處并對現存的、國內外進行碳纖維布加固木結構的相應的研究進行分析，最后在對碳纖維布在木結構中進行加固的應用給做出相應的展望。

關鍵詞：碳纖維布 木結構 加固

我國最為常見的建筑結構以木結構為主，但以往的木結構保留到現在，依舊處于隨時坍塌的狀態中，對此，我國對古建筑進行科學的修復已經成為一個極為重要的事情。常用的木結構修復加固方法有在原有木結構的基礎上進行新材料或混凝土、鋼等來代替。這種傳統的做法，雖然會破壞原有木結構建筑的外貌，達不到古建筑“修舊如舊”的標準，而且由于其帶來的金屬構件易腐蝕、附加重量大等缺點，不適合廣泛應用于木結構加固。許多國內外的試驗研究表明：粘貼碳纖維布，可以提高木結構的承載能力，且兩種材料之間有良好的粘結性能，可以充分配合使用。

1傳統的木結構加固方法

1.1木結構的整體加固方法。（1）檢修落架：簡單來講就是將木結構局部或者全部拆除，在對殘缺的部位進行休整，替換破損嚴重的部分，然后進行重新安裝，并對其整體部分進行加固。學者華國斌，余暉，管國強[1]認為在對落架進行檢修時，應先對瓦頂進行拆除，在進行自上而下的分層，分別取下望板、椽條和梁架，這種方法可適用在較為嚴重的梁部構建，如拔榫、腐朽、劈裂等，此部位的損壞，必須進行零部件的更換及維修工程，其確定為極易損壞原先結構。（2）加固基礎：簡單來講就是在不破壞木構架的情況下，將出現問題的機構進行復位，并進行建筑的結構的整體加固。但對于損傷較大的部位，如梁枋、斗栱、柱子等，應及時進行替換或者采用其他的方式對其進行修補以及進行加固措施。學者王大勇則認為[2]，這種方法僅適用于建筑外部墻體出現傾斜，且逐漸嚴重的木結構，不需要更換或替換個別構建的維修工程。

1.2木結構構件的加固方法。（1）下撐式拉桿加固梁：在房梁構架逐漸變形或超過其規定的極限，起承載能力較低，發生斷裂情況時，可以對撐拉桿進行加固，使其具有良好的受壓能力。在進行整體結構加強時，需要檢查整體建筑的木結構兩端材料是否出現蟲蛀等，只有確定材料是否完好，保證拉桿是否牢固。（2）采用夾接法和托接法對梁進行加固：在容易發生腐朽的木梁部位進行更換。但在進行甲苯處理時會出現是施工困難等情況的發生時，可以進行鋼托法進行加固。（3）墩接法加固柱子：當房梁出現腐朽嚴重，但柱子不可以超過著資底座的 1/4時，可以進行墩接柱的方法，此方法可以進行木材、石材、鋼筋混凝土等。（4）碳纖維加固法：碳纖維布具有重量輕，可塑性強，易剪切成型，適用于不規則截面的木結構的表面粘貼，且對木結構外觀影響小，適合在木結構建筑加固領域廣泛應用。且施工便捷，效率高，沒有濕作業，無需大型設備、模板及支撐，施工占用場地少，無論是工期還是施工條件方面都具有明顯的優勢。

2碳纖維布加固木結構的應用

2.1碳纖維布加固木梁的抗彎性能。針對這一問題，一些科學家對碳纖維增強木梁和增強塑料進行了加固和受力分析，但它們并沒有起到足夠的作用，并造成了一定的浪費。采用四點彎曲試驗方法研究了缺陷房梁和加固梁的彎曲性能和破壞模式，分析了缺陷位置對木梁斷裂形式和受力的影響。學者王聲毅[3]在碳纖維布在鋼筋混凝土梁中的加固與應用中，進行此實驗時，破壞的極限控制因素不是荷載而是剛度。試驗結果表明，雙層碳纖維布粘貼加固后，其承載力提高到 99.79%，彈性提高到 97.50%。結果表明，碳纖維布可以應用于木梁上，結構鋼架，從而在木梁達到規范要求時，有效地提高了承載力和剛度。兩層碳纖維布加載后，其臨界載荷和彎曲強度遠高于粘貼層。對碳纖維布的彎曲力矩、曲率和撓度之間的關系進行了非線性模擬。計算結果表明，與試驗結果相比，誤差小于 10%，程序計算精度高，可以進行工程加固設計中，可見圖 2。

2.2碳纖維布加固木梁的抗剪性能。本文研究了碳纖維布實木結構梁抗剪強度矩、慣性矩和截面寬度對梁抗剪強度的影響，提出了碳纖維布梁抗剪強度的計算公式，。學者王雪蓮[4]在建筑工程中粘布碳纖維布在加固梁中的應用中，主要針對木結構梁的剪切階段，采用碳纖維布在垂直方向和對角線方向加固，并進行了加固研究，證明木結構梁在對角線方向加固碳纖維布達到 34.1%時，加固效果良好采用木結構梁對碳纖維布進行豎向加固。試驗結果表明，兩種方法均具有恒定的抗剪加固效果，但試驗誤差的影響不顯著。

3總結

碳纖維布加固技術作為一種經濟高效的加固方法，在施工中得到了廣泛的應用，國內外學者對碳纖維布加固的研究也十分活躍，并取得了許多有益的成果。但是，深度和寬度仍然不夠。有必要從碳纖維布與木材的粘接性能等幾個方面進行深入研究。綜上所述，對古建筑木結構進行碳纖維布加固可以起到良好的效果。

參考文獻：

[1]華國斌，余暉，管國強.碳纖維布在木結構建筑物加固中的應用 [J].浙江建筑，2016， 33（004）：33-35.

[2]王大勇. ABAQUS軟件在碳纖維布加固混凝土梁中的應用[C]//工業建筑 2017年增刊 III. 2017.

[3]王聲毅.碳纖維布在鋼筋混凝土梁中的加固與應用 [J].引文版：工程技術，2015， 000（032）：151-151.

[4]王雪蓮.建筑工程中粘布碳纖維布在加固梁中的應用 [J].消費導刊，2016， 000（007）：294-294，396.

（作者單位 ：南京新筑加固工程有限公司 ）