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@

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。