碳纤维布加固技术在某框架结构工程中的应用
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摘要： 本文结合某框架结构酒店加固的具体工程实例，阐述了框架结构梁加固的原理及计算方法，并介绍了碳纤维布在框架结构中的施工工艺，实践表明：通过碳纤维布的补强加固处理，能有效的提高框架结构梁的承载力。
Abstract: According a frame industrial project in example, this paper introduces the simple design methods of carbon fiber reinforced polymer in strengthening reinforced frame beam, and introduces the construction technology of carbon fiber reinforcing technique in frame structure.
关键词： 碳纤维布；框架梁；加固；施工工艺
Key words: carbon fiber reinforced polymer；frame beam；strengthening；construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）21-0110-02
0 引言
在实际工程施工中,因施工质量问题或是施工完毕后发生设计变更,往往需要对建筑结构进行加固、改造和维护。其中，碳纤维布加固技术加固混凝土梁具有特有的优势。例如，其加固效果佳，耐腐蚀性强，便于施工，同时还能节省空间。本文将结合某框架结构酒店的工程实例，探讨碳纤维布加固技术对混凝土梁加强作用。
1 工程概况
该建筑原设计为八层现浇混凝土框架结构，混凝土强度等级均为C25，框架柱截面尺寸为400mm×650mm，350mm×500mm一至三层框梁尺寸多为250×550mm和400×650mm，六至八层层框梁尺寸为250×400mm和400×40mm；次梁尺寸多为250×400mm。经相关检测公司检测鉴定，从一层至三层B～E轴线与14～15轴线范围内六根框架柱承载力不足；框架梁承载力不足（主要为二至八层B～C轴线与14～15轴线范围内框架梁）。本建筑其余混凝土构件均满足改造后使用要求。
2 加固设计
现采用碳纤维布对梁（主要是二至八层B～C轴线与14～15轴线范围内框架梁）进行加固。梁底粘贴宽250mm、厚度为0.117mm的碳纤维两层，梁两端贴6道宽100mm的U箍，净距50mm如图1所示。分别计算加固后梁的受弯承载力和受剪承载力，并与原构件进行对比，看加固后的构件是否已满足结构承载力要求。
2.1 受弯承载力计算 按矩形截面对框架梁进行受弯正截面承载力计算，如图2所示。
计算公式：
?琢1fcbx=fyAs+?滓cfAcf-f■■A■■
M?燮?琢1fcbx（h0-■）+f■■A■■（h0-dS）+?滓cfAcf（h+■-h0）
?滓cf=Ecf?着cf=（■-1）?着cuEcf
Ecf—碳纤维布的弹性模量；
t—碳纤维布厚度；
xn—截面实际受压区高度；
x—截面受压区应力等效后的计算受压区高度，取x=0.8xn。
值得注意的是，该公式有一定的适用条件，即
?着bh＞x＞?着cfbh
计算结果得知加固后梁受弯承载力明显得到提升并符合承载力要求。
2.2 受剪承载力计算 梁的斜截面受剪承载力计算公式如下：
V=Vrc+Vcf
Vrc=0.7ftbh0+1.25fvy■h0
Vcf=?准■hcffcf
Vrc—受剪承载力设计值；
Vcf—外贴碳纤维布所承担的剪力设计值；
?准—外贴形式系数，对封闭粘贴取?准=1，对U形粘贴取?准=0.85，对梁侧粘贴取?准=0.7；
acf—单肢纤维箍的截面面积；
hcf—梁侧纤维箍的粘贴高度；
ke—破坏时外贴纤维箍应力不均匀系数，近似取ke=0.2+0.12?姿，?姿为剪跨比；
Scf—外贴纤维箍的粘贴高度。
计算结果得知加固后的梁还是得到了较大的受剪承载力。但值得一提的是，若只采用侧贴的方式，所得到的受剪承载力的提升就显得不是那么明显。
以上对加固梁的抗弯设计采用平截面假定、按一计次受力构件进行计算。因此需要尽可能地对原混凝土梁进行完全卸载，使原有结构与新加结构能够共同工作，以便消除加固所带来的应力滞后。
3 施工工艺
由于该建筑是上世纪七十年代中期建成，部分构件已出现开裂破损等现象，对于粘贴界面的处理首先需要清除构件表面脱落腐蚀的劣化混凝土，并用材料将露出的混凝土结构层修复平整。接着对一些裂缝进行封闭处理，除去表层油污、浮浆等杂质，直到完全露出混凝土结构新面。对于构件转角粘贴处进行导角处理打磨成圆弧形，其半径至少要为20mm（见图3）。实际施工中，应按产品生产厂商所提供的工艺规定配制浸渍树脂。底层树脂均匀涂抹在混凝土表面，进行碳纤维布的粘贴时，用手将碳纤维布轻轻压在需粘贴的位置，并采用专用的滚筒顺着纤维方向反复滚压，挤掉气泡，使浸渍树脂能够充分浸透碳纤维布，然后将粗砂洒在碳纤维布表面，使粗砂能有效的粘贴在外层纤维布上。需要注意的是，碳纤维布沿受力方向的搭接长度不少于100mm，当采用多层碳纤维布加固时，各层碳纤维布的搭接位置应相互错开。错开距离不少于250mm，且不小于1.5倍搭接长度Lf。梁底在贴第一层碳纤维布时，分两条贴，这样可以够提高承载力。梁两端碳纤维布需要用U形箍箍好，以防剥离破坏。
4 结论
用碳纤维布加固技术加固混凝土梁，可以很好地提高构建的承载力，加固效果显著，同时这种方法施工简单，不占用空间，有广泛的应用前景。在此工程中，加固后的梁通过鉴定都已符合承载力要求。需要注意的是，本文所进行的承载力计算是按一次受力进行的，因此在实际施工当中，需要尽可能地对原混凝土梁进行完全卸载，使原有结构与新加结构能够共同工作，以便消除加固所带来的应力滞后。
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