碳纖維布加固橋梁受力分析
碳纖維布新材料的發(fā)現(xiàn)是土木工程發(fā)展新的推動(dòng)力，碳纖維布加固法也被視為梁式橋加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力，尤其是當(dāng)高度受限制時(shí)的優(yōu)選加固方法，其施工工藝亦較簡(jiǎn)單。今天，我們就來(lái)探討一下碳纖維布加固橋梁受力的特點(diǎn)。
1.將抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上,使其與原結(jié)構(gòu)布置的鋼筋一道共同承受拉力,以提高舊橋的承載能力。與其他加固方法相比，碳纖維布保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力,且改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布程度小。
2.沿橋梁的主拉應(yīng)力方向(或與裂縫正交方向)粘貼碳纖維布,兩端分別設(shè)置錨固端,可約束混凝土表面裂縫，防止裂縫擴(kuò)大,提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)。
3.應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理使用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁式橋,因碳纖維布在加固混凝土構(gòu)件時(shí),在提高受彎承載力的同時(shí)還影響受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當(dāng)碳纖維布用量過(guò)多時(shí),構(gòu)件的破壞形態(tài)由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐?。還因碳纖維為完全彈性材料,它與鋼筋共同工作會(huì)減弱鋼筋塑性性能,碳纖維布用量過(guò)多,構(gòu)件延性將有所降低。
4.碳纖維布加固后橋梁結(jié)構(gòu)物后破壞形式變化為突然性(拉斷或剝離等脆性破壞),其承載力極限狀態(tài)應(yīng)按碳纖維抗拉強(qiáng)度的2/3進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算,不能按普通鋼筋混凝土考慮。
5.碳纖維布可提高混凝土梁抗剪承載力,其作用機(jī)理類似箍筋,同時(shí)還能明顯改善構(gòu)件的變形性能,增強(qiáng)構(gòu)件的變形能力。

碳纖維布加固技術(shù)在建筑上的應(yīng)用
目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)己成為現(xiàn)代建筑、構(gòu)筑物常用的結(jié)構(gòu)形式，成為我國(guó)乃至世界各國(guó)占主導(dǎo)地位的建筑結(jié)構(gòu)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著不可代替的作用。因此，確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。但是由于自然災(zāi)害、年久失修以及人為因素、荷載等級(jí)提高和設(shè)計(jì)規(guī)范修訂等原因?qū)е陆ㄖY(jié)構(gòu)承載力不足，影響正常使用和安全運(yùn)行，須對(duì)其進(jìn)行加固處理；加之一些結(jié)構(gòu)工程中混凝土的質(zhì)量不盡理想，致使加固維修問題更為突出，己成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的沉重負(fù)擔(dān)并制約了進(jìn)一步的發(fā)展。
加固改造具有三個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：投資少、工期短、省空間，這些都會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，特別是時(shí)間和空間的節(jié)省，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)活動(dòng)來(lái)講，在效益方面往往起著決定性的作用。對(duì)承載力不足的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)加固，不僅可以使的生命及財(cái)產(chǎn)得到保障，還可以盡可能地發(fā)揮既有結(jié)構(gòu)的作用，緩解人力、物力、資金緊張的情況，使資金投到需要的地方。
現(xiàn)有的加固方法
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視，人們?cè)陂L(zhǎng)期地研究與實(shí)踐過(guò)程中，形成了多種加固方法，傳統(tǒng)的加固方法有以下幾種①：
1）增大截面法
通過(guò)使用同質(zhì)材料增大原結(jié)構(gòu)的截面面積，來(lái)提高構(gòu)件承載力，同時(shí)加大截面剛度，增強(qiáng)抗震能力，工藝簡(jiǎn)單，適用面廣。缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多，施工周期長(zhǎng)，對(duì)原結(jié)構(gòu)影響較大，如：減小使用空間，增加結(jié)構(gòu)自重等。
2）外包鋼法
以型鋼包裹于結(jié)構(gòu)的四角或兩角，對(duì)構(gòu)件的截面和外觀影響較小，較大幅度地提高承載力，施工簡(jiǎn)單，工作量小，增大延性，適用于加固混凝土柱、梁等結(jié)構(gòu)；缺點(diǎn)是用鋼量較大，抗腐蝕性和耐久性差，費(fèi)用高。
3）預(yù)應(yīng)力加固法
采用外加預(yù)應(yīng)力拉桿或型鋼撐桿進(jìn)行加固，降低應(yīng)力水平，提高承載力，幾乎不改變使用空間。缺點(diǎn)是耐火性、耐腐蝕性較差，且對(duì)施工設(shè)備、工序及施工人員的素質(zhì)要求較高。
4）增設(shè)支點(diǎn)法
增設(shè)支點(diǎn)是用減少構(gòu)件計(jì)算跨度，從而減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力，提高承載力，并且縮小裂縫寬度效果明顯。缺點(diǎn)是影響原結(jié)構(gòu)布局，使用功能受到限制。
5）托梁拔柱法
是一種托屋架拔柱、托墻拔柱及托梁拔柱的加固方法，改造時(shí)間短、費(fèi)用低，缺點(diǎn)是技術(shù)要求高、安全隱患大。適用于工業(yè)廠房的改造。
6）粘鋼加固法
粘鋼加固法是將鋼板粘貼在構(gòu)件外部來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。該方法幾乎不改變構(gòu)件外形和使用空間，施工簡(jiǎn)單快速，濕作業(yè)量小，但對(duì)構(gòu)件工作環(huán)境有要求，環(huán)境溫度不高于60℃，相對(duì)濕度不大于70%，無(wú)化學(xué)腐蝕。
傳統(tǒng)加固方法雖然種類較多，且每種加固方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但每種方法加固的綜合效果都不能完全滿足使用者的要求。隨著碳纖維增強(qiáng)塑料的出現(xiàn)及對(duì)其增強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)效果研究的深入，這種加固技術(shù)越來(lái)越受到建筑行業(yè)的青睞，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
碳纖維加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
碳纖維增強(qiáng)塑料（CarbonFiber Reinforced Plastics，下稱CFRP,常以碳纖維布的形式出現(xiàn)），具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能、耐久性及抗腐蝕性等特點(diǎn)。該材料是在日本發(fā)明的，早應(yīng)用于航空航天，國(guó)外早對(duì)纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究的是德國(guó)IBMB研究院和瑞士的EMPA實(shí)驗(yàn)室，日本、韓國(guó)和美國(guó)緊隨其后，碳纖維塑料對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行修復(fù)加固在發(fā)達(dá)國(guó)家已成為一項(xiàng)成熟技術(shù)②。
與傳統(tǒng)加固方法比較，碳纖維增強(qiáng)塑料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在③：
1）強(qiáng)度高、延性好
碳纖維布具有優(yōu)異的物理力學(xué)性質(zhì)，抗拉強(qiáng)度2500-4500MPa（是普通鋼材的10倍左右），彈性模量是普通鋼材的1-2倍。以其強(qiáng)度來(lái)提高承載力，以其高彈性模量來(lái)改善結(jié)構(gòu)的延展性，從而達(dá)到加固的目的。
2）耐久性和耐腐蝕性好
由于其固有的化學(xué)特性，致使碳纖維布能夠抵抗一般酸堿鹽的腐蝕，有良好的耐腐蝕性和耐久性，而且其本身還可以起到對(duì)內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，間接增加了混凝土保護(hù)層，從而達(dá)到雙重效果。
3）不增加構(gòu)件的自重及體積
碳纖維布質(zhì)量輕，厚度薄，粘貼后基本不增加結(jié)構(gòu)自重和尺寸，不影響建筑物的有效使用空間和外觀。
4）適用面廣
碳纖維布是一種柔性材料，可以方便地裁剪，所以這種加固技術(shù)可以廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類型（如橋梁、隧道、涵洞、煙囪等）、各種結(jié)構(gòu)形狀（如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等）、各種結(jié)構(gòu)部位（梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)、拱、殼等），且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀，這是傳統(tǒng)加固方法所不具有的。
5）施工便捷高效
碳纖維布加固，無(wú)大型機(jī)具，沒有濕作業(yè)，占用場(chǎng)地少。施工工效高，粘貼碳纖維法是粘貼鋼板施工工效的4-5倍。施工質(zhì)量易保證，碳纖維預(yù)浸料輕質(zhì)柔軟，易貼附，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整，也可以保證很高的粘貼率。
碳纖維布的這些特點(diǎn)，為建筑結(jié)構(gòu)的加固提供了技術(shù)支持，決定了碳纖維加固技術(shù)具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。
碳纖維加固材料發(fā)展及其缺點(diǎn)
然而，隨著碳纖維材料在加固領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的同時(shí)，也存在著不足：
1）拉伸彈性模量相對(duì)于其強(qiáng)度過(guò)低
應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固的碳纖維拉伸強(qiáng)度一般在3000MPa以上，而其彈性模量只有230GPa左右，高彈性模量的也不過(guò)380-640GPa 左右。要發(fā)揮較大的強(qiáng)度，碳纖維布需相當(dāng)大的變形，當(dāng)與鋼筋共同工作時(shí)，鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)CFRP并未發(fā)揮出全部強(qiáng)度，從而無(wú)法充分利用碳纖維的強(qiáng)度，且難以有效地抑止結(jié)構(gòu)的變形與裂縫的發(fā)展。
2）混凝土與碳纖維間的粘結(jié)層易破壞
環(huán)氧樹脂粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度與剪切變形是一定的，超過(guò)極限應(yīng)變后，粘結(jié)層將產(chǎn)生界面微裂縫，隨著微裂縫的不斷擴(kuò)展，后發(fā)生剝離破壞，所以粘貼CFRP片材加固有其限度，過(guò)量粘貼會(huì)導(dǎo)致界面無(wú)法傳遞足夠的剪應(yīng)力使得CFRP的強(qiáng)度無(wú)法得到充分利用，并且在構(gòu)件承受較大荷載時(shí)容易出現(xiàn)粘結(jié)破壞。
現(xiàn)有的加固手段是將CFRP非常緊密地粘貼到試件的表面，當(dāng)試件的表面有一定的曲率時(shí)，CFRP在受拉的同時(shí)還會(huì)承受一個(gè)由曲率帶來(lái)的剝離應(yīng)力，這也會(huì)加快構(gòu)件的粘結(jié)破壞。
3）無(wú)屈服點(diǎn)，為脆性破壞
碳纖維布是一種線性材料，沒有像鋼筋那樣的屈服點(diǎn)，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞前沒有先兆，為脆性破壞。
粘貼碳纖維布和粘鋼的適用性對(duì)比
現(xiàn)代建筑中，粘鋼加固和碳纖維加固應(yīng)用較多，此處將兩種加固方法進(jìn)行對(duì)比：
碳纖維布輕質(zhì)高強(qiáng)，厚度為0.111-0.167mm，抗拉強(qiáng)度高，為普通鋼材的8-10倍，但各向異性，即抗拉強(qiáng)度高但抗剪強(qiáng)度低；施工更為簡(jiǎn)便，施工速度為粘鋼的2-3倍。
鋼板的物理力學(xué)性能為各項(xiàng)同性，受力性能好；施工時(shí)需夾具和施工機(jī)具，施工工序和施工操作性較碳纖維布復(fù)雜。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)地迅猛發(fā)展，各類建筑結(jié)構(gòu)的適用性和安全性被廣泛關(guān)注，如何在確保安全的前提下，低投資帶來(lái)高回報(bào)，成為新時(shí)代的焦點(diǎn)。以醫(yī)院等公共建筑為例，新的醫(yī)療設(shè)備或者結(jié)構(gòu)功能調(diào)整，對(duì)原有結(jié)構(gòu)提出了需求，如何在短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求，盡可能減少對(duì)社會(huì)的損失，都值得我們認(rèn)真思考。
碳纖維布具有強(qiáng)度高、延性好、耐腐蝕和耐久性好、適用面廣、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，在建筑加固中具有廣闊的前景。隨著科技的不斷進(jìn)步，新的加固材料、新的加固技術(shù)，必將為建設(shè)注入新的色彩。

碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。
碳纖維布又稱碳素纖維布、碳纖布、碳纖維編織布、碳纖維預(yù)浸布、碳纖維加固布、碳布、碳纖維織物、碳纖維帶、碳纖維片材（預(yù)浸布）等 。碳纖維布用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗剪和抗震加固。
碳纖維板加固法是用粘結(jié)劑把碳纖維板粘貼在混凝土構(gòu)件受力部位，和基體疊合為一體，從而達(dá)到加固目的的一種施工方法。通常用在混凝土橋面板、橋墩、梁、柱、煙囪以及隧道襯砌等構(gòu)件的抗彎補(bǔ)強(qiáng)、抗剪補(bǔ)強(qiáng)以及防止混凝土開裂、剝落等工程中。
和大家一起了解碳纖維布與碳纖維版的不同：
1、性能區(qū)分
碳纖維布強(qiáng)度高，密度小，厚度薄，基本不增加加固構(gòu)件自重及截面尺寸。適用面廣。
碳纖維板加固具有強(qiáng)度高、重量輕、易于施工、耐久性好等優(yōu)良特性。
2、使用范圍區(qū)分
碳纖維布廣泛適用于建筑物橋梁隧道等各種結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)形狀的加固修復(fù)和抗震加固及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)加固。碳纖維板可用于條件嚴(yán)酷、場(chǎng)地狹窄混凝土結(jié)構(gòu)的維修、加固工程中。
3、加固方法區(qū)分
碳纖維板加固法
a、施工準(zhǔn)備，清理障礙物；
b、清理粘碳纖維板混凝土結(jié)構(gòu)面；
c、配制粘鋼膠，嚴(yán)格按照配套樹脂的主劑、固化劑所規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻，一次調(diào)和量不應(yīng)過(guò)多，以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)；
d、粘貼碳纖維板，洗干凈碳纖維板前后面，均勻的涂抹于混凝土表面和碳板表面，粘貼后用手捶沿粘貼表面輕輕敲擊，如無(wú)空洞聲則表明粘接密實(shí)，否則應(yīng)取下碳板重新補(bǔ)膠進(jìn)行粘貼；
e、固定碳纖維板，若發(fā)現(xiàn)有縫隙或缺膠，應(yīng)補(bǔ)膠填滿；
f、表面防護(hù)處理，；
g、報(bào)驗(yàn)；
碳纖維布加固法
a、施工準(zhǔn)備：擬定施工方案和施工計(jì)劃，應(yīng)對(duì)所使用的碳纖維片材、配套樹脂、機(jī)具等作好施工前的準(zhǔn)備工作。
b、混凝土表面處理：清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整。按設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理。
c、涂刷底膠：按供應(yīng)商提供的工藝規(guī)定配制底層樹脂，將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面。在樹脂表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一步工序施工。配制找平材料并對(duì)不平整處修復(fù)，對(duì)混凝土表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧。
d、找平處理：進(jìn)行混凝土表面處理和粘貼碳纖維片材前，要按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行放線定位;
e、配制并涂刷結(jié)構(gòu)膠粘劑：
用攪拌器攪拌至色澤均勻。在攪拌容器內(nèi)及攪拌器上不得有油污和雜質(zhì)。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度確定膠粘劑的拌合量，并按要求嚴(yán)格控制使用時(shí)間。
f、粘貼碳纖維片材。

碳纖維布加固的施工要點(diǎn)有哪幾步？
碳釬維布自從引進(jìn)中國(guó)之后，就一直以來(lái)深受社會(huì)各界人士的喜歡，那么在建筑行業(yè)，建筑加固過(guò)程中，碳纖維布加固的施工工藝都有那些？有哪些施工要點(diǎn)是要大家注意的呢？下面就來(lái)跟小編一起了解一下吧！
碳纖維加固施工工藝
工程設(shè)計(jì)→清潔打磨被粘接結(jié)構(gòu)表面→底層表面的涂布→底膠固化至指干→不平面修復(fù)→修補(bǔ)膠固化至指干→浸潤(rùn)膠的涂布→碳纖維片材施工→指干后多層粘貼→固化→檢驗(yàn)及表面裝飾。
碳纖維施工要點(diǎn)
1、 將混凝土表面用丙酮擦拭干凈。
2、 被粘接表面要修復(fù)平整，有漏水現(xiàn)象要作止水、導(dǎo)水處理。
3、 配置底層用膠并涂敷，要根據(jù)氣溫及施工粘接結(jié)構(gòu)的具體情況決定涂敷的厚薄，特別是冬季氣溫低于5℃如需施工應(yīng)采取必要的升溫措施。
4、 進(jìn)行粘接碳纖維片材時(shí)，首先根據(jù)技術(shù)要求剪好所需尺寸，一般兩米為適。
5、 配置膠液，一般以可使用的時(shí)間內(nèi)(30min左右)施工所需量為限。
6、 將甲、乙組份的膠水按照甲組分：乙組分=3：1的比例倒入干凈的容器內(nèi)，攪拌均勻。如在夏季溫度較高時(shí)甲、乙組份也可按4：1進(jìn)行使用。用光滑滾子在碳纖維布表面沿同一方向反復(fù)滾壓至膠水滲出纖維布表面，以去除氣泡，使碳纖維布充分浸潤(rùn)膠水，碳纖維片材搭接面積要預(yù)留10cm以上。
7、 多層粘貼應(yīng)待上層碳纖維布表面指觸感干燥后，再進(jìn)行下一層碳纖維布的粘貼。
8、 在其固化時(shí)要防雨淋，防風(fēng)沙，并防止硬物碰傷粘接表面。
9、 固化時(shí)間不得少于3-7天，固化后根據(jù)要求進(jìn)行表面涂裝。
10、乙組份在長(zhǎng)貯存過(guò)程中容易出現(xiàn)變色現(xiàn)象，屬正常，不影響產(chǎn)品基本性能和使用。
11、在施工過(guò)程中，如不慎濺到皮膚上或眼睛里應(yīng)立即用大量清水沖洗，嚴(yán)重者應(yīng)及時(shí)就醫(yī)。
上述文章中，小編給大家講解的關(guān)于碳纖維布加固的施工工藝，相信大家看完之后，應(yīng)該是有所了解的了。是專注于給大家提供加固、改造、修繕等知識(shí)的網(wǎng)站，如果大家對(duì)于這些比較感興趣的話，可以持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站。