碳纤维布的粘贴方式及锚固性能对

碳纤维布的粘贴方式及锚固性能对抗剪加固效果的

影响分析

张万臣

辽宁工程技术大学职业技术学院，辽宁阜新（123000）

E-mail：zwc740608@https://www.360docs.net/doc/5c7601366.html,

摘要：通过对碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪承载力的各种因素分析和计算，在实践应用的基础上，提醒设计单位在设计时，必须对所要加固结构的各种参数有详细的了解，应采取各种措施尽可能地保证碳纤维布的锚固性能。碳纤维布用于结构加固时，施工显得特别重要。必须保证施工质量。

关键词：碳纤维布；加固；锚固；参数；工程实践

中图分类号：TU

0. 引言

CFRP是一种复合纤维材料,是由高强碳纤维和结合料组成，是混凝土结构中一种新型复合材料。它具有质量轻，便于施工，比钢筋混凝土更耐用，耐腐蚀，高强度，耐疲劳强度与质量密度比值较高（比钢材高10~15倍），电磁中性，低导热系数等优点。但其也具有些缺点：如紫外线对其伤害大，长期强度低于短期静力强度，施加预应力时横向应力大等[1]。CFRP主要由高性能碳纤维及聚脂基、乙烯基或环氧树脂等基料组成。典型的CFRP大约有60%~65%的纤维，其余是基体。纤维丝经浸润树脂、拉拔、缠绕、粘结而形成片材、板材、绳索，棒材、短纤维或格状材[2]。

试验表明，用碳纤维布加固后，梁的受剪破坏特征类似于普通混凝土梁。粘贴在梁表面的纤维布会发生两种破坏形态：碳纤维布被拉断和粘结破坏（混凝土被拉下），发生哪种破坏，主要由碳纤维布的锚固性能所决定。梁破坏时，靠近支座处的斜裂缝在梁底部，该处的碳纤维布有较大的锚固长度，所以，往往发生碳纤维布被拉断的破坏。而靠近加载点处的斜裂缝在梁顶部通过，该处碳纤维布的锚固长度很短，所以，往往发生粘结破坏。加固后梁的破坏特征见图1。因此，为保证碳纤维布加固梁能取得较好的效果，保证锚固性能极其重要。

1. 各种参数对加固效果的影响

影响CFRP加固效果的参数很多，可以分成两类。第一类是加固。梁本身的性能及原始情况：包括荷载情况、支撑情况、梁的高跨比、剪跨比、混凝土强谑、配筋率、配箍率、CFRP的名义“配箍率”及粘贴方式等；第二类是加固材料（包括碳纤维和胶）的性能：包括CFRP的厚度、弹性模量、锚固长度、胶的剪切强度、厚度、极限延伸率等。

在以上影响因素上，对梁的受剪承载力及破坏特征影响比较大的是CFRP的粘贴方式、CFRP的锚固性能、CFRP的厚度（层数）、胶的剪切强度等。

1.1碳纤维布的粘贴方式及锚固性能对加固效果的影响

梁侧贴条带进行加固，加固后梁的受剪承载力几乎没有提高。因为用这种粘贴方式加固时，碳纤维布端部应力集中，而且锚固长度很小，随着裂缝的产生和发展，在碳纤维布的强度发挥以前就发生粘结破坏，故加固效果较差。

斜裂缝

图1 CFRP加固后梁的破坏特征

梁的粘贴方式为侧贴条带+压条。压条不仅能对侧贴的条带起锚固作用，而且，随着斜裂缝的发展，压力也能参与作用，故这种粘贴方式的加固效果要比前一种粘贴方式好，加固后梁的受剪承载力能提高21.3%。

梁粘贴方式为U形条带。这种粘贴方式能保证梁侧底部的碳纤维布有很好的锚固长度，只是在梁侧顶部的碳纤维布处会有应力集中现象，故加固效果比前两种粘贴方式好，加固后梁的抗剪承载力约提高23%。同时，由于破坏时梁侧靠近支座处的碳纤维布有较大的锚固长度，破坏时碳纤维布被拉断，而在靠近加载点处的碳纤维布的锚固长度较小，发生的是粘结破坏。

梁粘贴方式为U形条带+压条。显然，这种粘贴方式的碳纤维布的锚固效果比仅用U形条带的锚固效果好，故承载力也有更大的提高。

梁粘贴方式为条带全裹。这种粘贴方式的锚固效果最好，其足够大的锚固长度能保证碳纤维布强度的充分发挥。但实际施工中要受现场条件的限制。

由试验及以上的分析知：碳纤维的粘贴方式对加固效果有很大的影响。若能用碳纤维布把梁的四面全裹，其加固效果是最好的。但实际工程中这种粘贴方式往往不太可能。所以，我们选用U形条带+压条的加固方式，可以取得较好的效果。

1.2碳纤维布的层数对加固效果的影响

碳纤维布的层数对加固效果的影响：梁、的加固方式为U形条带（1层）+压条（1层），梁SL16的加固方式为U形条带（3层）+压条（2层）。试验表明加固后梁的受剪承载力分别提高35.3%，37.6%。可见，碳纤维布的层数对梁的受剪承载力影响并不大，让要是因为若贴一层碳纤维布，所需的锚固长度较小，故在破坏时，梁侧的一些碳纤维布能被拉断，强度得到充分的发挥；而随着层数的增加，所需的锚固长度也相应较大，然而加固时所能提供的锚固长度又有限，故破坏时，碳纤维布均为粘结破坏，其强度没有得到充分的发挥。试验也证明了这一点：梁破坏时，梁侧的碳纤维布有的被拉断，有的发生粘结破坏，而贴三层时，梁侧的碳纤维布均为粘结破坏。当然，在实际工程中，若采取可靠的措施来保证碳纤维布的锚固性能，则随着碳纤维布层数的增加，加固效果会更好。在试验中也发现，虽然层数的增加对加固后梁的受剪承载力提高不明显，但对梁的裂缝开展却有较明显的抑制作用。

1.3 其他影响

加固前梁的状况对梁的受剪承载力影响不大。胶的剪切强度等性能对加固效果也有较大的影响。胶的剪切强度越高，加固效果越好。另外，旆工质量对加固效果也有很大的影响。

2. 计算方法

2.1计算公式

加固后梁的受剪承载力由混凝土、箍筋和碳纤维布分别承受的剪力组成，即

t s c u V V V V ++=

混凝土和箍筋所承受的剪力可按规范有关普通混凝土梁的的规定进行计算。碳纤维布承受的剪力初步可以用以下方法进行估算：

（1）若梁侧的碳纤维布是以等间距的U 形条带+压条的粘贴方式进行加固的梁，则公式为：

0005.2)2(25.1/25.1h t h t st h F V f f f f f f σσ===

式中：Ff 为碳纤维布所承受的拉力；h0为钢筋混凝土梁截面的有效高度；sf 为梁侧碳纤维布条带的间距；Af 为梁侧碳纤维布条带的面积；

f σ为破坏时碳纤维布的应力；tf 为梁

侧碳纤维布的厚度。 2.2对公式的几点说明

①公式仅适用于以U 形条带+压条或全裹的粘贴方式进行加固的情况。

②根据对试验数据的初步分析及考虑到碳纤维布用于结构加固在我国还是一项不很成熟的技术，为偏于安全，暂认为梁破坏时碳纤维布的应力为其极限应力的30%～50%，即f

f f )5.0~3.0(=σ，若在实际工程中能够采取措施来保证其锚固性能时，系数可以取得更

大些。 ③为保证加固效果，应把DFRP 贴在斜裂缝可能通过的部位，并保证其锚固长度。 ④若以U 形条带等间距粘贴加固，一般要求条带净间距不大于1000mm 。

⑤若贴多层碳纤维布进行加固，但没有采取措施保证其足够的锚固性能时，暂取一层布的厚度计算其受剪承载力。

⑥用以上公式计算得到的值与试验结果比较后可知，以上方法简单、实用、安全度较高，但精度有待于进一步研究。

3．工程实践应用

3.1工程概况

阜新市发电厂化学分场油库改建工程（以下简称为“本工程”）为二层砖混结构的工业建筑，总建筑面积为661.5平方米，其中的一层为24.5m×13.5m=330.75m2；二层为330.75m2。底层为油库、由管道系统及厕所、值班人员的工作休息室；二层为油料化学实验室。

本工程采用75#红砖，400#毛石，75#水泥沙将砌筑。基础采用条形毛石基础与独立柱基础相结合的形式。地基允许承载力参照附近原有建筑的地基承载力,本工程取为15 t / m2，采用清除所有杂填土天然地基。

本工程中的钢筋混凝土结构为内框架形式，其中，各柱为现浇施工的钢筋混凝土柱；梁L-1（共三根）、梁L-2（共三根）为预制梁；地基基础梁混凝土为200#混凝土，独立柱基础及柱为250#；其它梁的混凝土采用300#混凝土，板的混凝土采用300#混凝土，圈梁、雨蓬、阳台、楼梯的混凝土采用250#混凝土，钢筋保护层为：基础取为50mm ；梁、柱取为25mm ；板取为10mm 。钢筋采用Ⅰ、Ⅱ级钢筋。

厂房底层内的小屋墙体不单独设墙体基础，直接在底层上已做好的地面上砌筑。底层小屋屋顶的标高为3.00米，其屋顶只做抹灰处理，不设防水处理。一层、二层地面均采用水磨石地面。二层走道两侧的分隔墙采用轻质砖砌筑。

3.2工程现状

阜新市发电厂化学分场油库改建工程（简称“该工程”）是由阜新发电厂进行的工业厂房改建工程。该工程是由阜新发电厂设计室承揽设计任务的。于1994年10月完成设计任务，并于1995年完成全部施工任务。该工程从建成到现在，一直处在正常使用条件下，无任何新增使用项目。但该工程有三条大梁（梁L-1）和三条小梁（梁L-2）及其承托墙的表面于2001年初发现明显裂缝，且裂缝均出现在两侧梁端支座附近，裂缝开展数量较多，形式各异，有的裂缝呈“八”字形贯穿整个梁侧面，有的为水平方向展开，而且有的地方表层抹灰已形成空腔。在此种情况下，阜新发电厂曾经委托辽宁工程技术大学土木建筑工程学院组织专家技术咨询小组对该工程进行技术咨询，认为该工程已构成危险房屋，需进行加固，但由于该工程地理位置的特殊性、使用功能的特殊性及时内空间的限制，曾一度使对该工程的加固方案选择成为令人头疼的问题。为此，以土建学院的刘书贤教授为课题组长的技术研究小组开始了解决该问题的技术攻关课题的研究。

3.3 碳纤维布加固的理论应用

3.3.1 抗剪加固设计

因梁 L-1设计中的荷载布置及其不利于梁的抗剪承载力的发挥，虽然其抗剪承载力演算满足，但配筋违反了《规范》的有关构造规定，并且导致了梁端出现了结构裂缝，固应对梁进行抗剪加固处理，按构造加固即可。

选用0.16mm×100mm×2000mm 型CFRP（碳纤维布），梁侧“U”形粘贴1层，间距为150mm，但梁共需31条, 且在板底两侧各通长粘贴一道0.16mm×100mm×8400mm的CFRP，均需在板底锚固。

3.3.2 施工方案初步设计

外贴CFRP加固砼结构的施工流程为：基处面理→基面清洗→涂刷底胶→粘贴面修补→粘贴CFRP→养护→外表防护处理。

基面处理，用砂轮认真清除和打磨基面，裂缝用环氧树脂修补；基面清洗，充分干燥后再进行下一道工序；涂刷底胶，待底胶指触干燥后，进入第二道工序；粘贴面修补，对粘贴面上的凹入部位，用环氧腻子修补，待其干燥后，进入第二道工序；粘贴CFRP，使用FR-E3P 结构胶粘贴，CFRP的下料长度，应在现场根据施工经验和作业空间确定；养护，CFRP粘贴后，用聚乙烯板的进行养护；外表防护处理，在表面涂抹砂浆进行防护。

4．结论

1．用碳纤维布加固钢筋混凝土梁后的受剪承载力有较明显的提高。但梁的受剪承载力和破坏特征均受多种因素的影响。故在设计时，必须对所要加固结构的各种参数有详细的了解。

2．碳纤维布的锚固性能对加固效果影响很大。为保证抗剪加固效果及充分发挥碳纤维布的强度，在设计时，应采取各种措施尽可能地保证碳纤维布的锚固性能。

3．碳纤维布用于结构加固时，施工显得特别重要。若施工质量没有保证，则加固效果

大打折扣。

参考文献

[1] 赵志缙.新型混凝土及其施工工艺[M].北京：中国建筑出版社，1996.

[2] 顾震隆.短纤维复合材料力学.北京：国防工业出版社，1987

The effect resisting scissors consolidating effect analyses the sticky way and anchoring function that carbon fibre spreads

Zhang Wanchen

Occupation Tec of Laoning technical university，Fuxin，Liaoning (123000)

Abstract

Analyse and calculate the various factor by the fact that the shear consolidating a reinforced beam to carbon fibre cloth bears the weight of a force, warn a design organ of on basis applying in practice, during the period of design, anchoring function that guarantee carbon fibre spreads be obliged to as far as possible to what asked the parameter consolidating architectural various to have the detailed acquaintance , should adopt various measure. When carbon fibre cloth is used for structural strengthening, be under construction appearing especially important. Necessary guarantee construction mass.

Keywords：Carbon fibre is spread；Consolidate；Anchoring；Parameter；The project is carried out

作者简介：张万臣，男，1974年生，在读师资硕士，系辽宁工程技术大学职业技术学院建筑工程专业带头人、教研室主任。主要担任建筑工程技术专业教学和管理工作。