CFRP加固技术研究及应用综述

课程；结构工程加固理论与方法；课程编号；XXX；任课教师；XXX

2013～2014年第二学期

CFRP加固技术研究及应用综述

姓名；XXX，

（专业名称；结构工程，学号；XXXXXXX）

[摘要]主要介绍了碳纤维（CFRP）增强材料的力学性能、材质优点和混凝土结构的加固形式及各自的优缺点；重点介绍了CFRP材料在国内外建筑加固领域的应用情况，并对其发展前景进行了展望。

[关键词]结构加固碳纤维抗震性能

结构加固是通过一些有效的措施，使受损结构恢复原有的结构功能，或者在已在结构的基础上提高其承载能力，以满足新的使用条件下结构的功能要求。在已有结构出现混凝土强度不够、灾后修补，或者是荷载增大、配筋不足等质量问题时，其功能性就会发生改变。在这种情况出现时，就需要对结构工程进行加固。目前，普遍采用的加固技术中，碳纤维增强聚合物(CFRP)-主要是碳纤维布加固修复结构技术正被广泛重视和深入研究。基于此，本文对碳纤维(CFRP)加固技术进行了简要介绍。

1、纤维增强复合材料简介

纤维增强复合材料FRP(Fiber Reinforced Polymer)是纤维织物以聚酯树脂和环氧树脂为粘结基体形成的纤维复合新型材料，主要包括芳纶纤维AFRP(Aramid Fiber Reinforced Polymer)、玻璃纤维GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)、碳纤维CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)三种纤维增强材料[1]。上世纪40年代纤维增强复台材料诞生以来，经过不断地发展主要广泛应用于航空航天领域，但由于其价格昂贵和实际工程应用中的局限性等原因直到80年代纤维增强复台材料才逐渐被应于于土木工程建筑行业当中，在建筑加固领域尤其以CFRP材料的应用最为广泛最其代表性，它不仅具有碳材料的固有特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代纤维增强材料。其中，碳纤维材料具有其他加固材料无法比拟的优点。它具有优越的物理力学性能，也是目前性能最好、用途最广的增强纤维。在土木工程结构补强中，使用较多的碳纤维增强塑料是碳纤维片材。目前，在我国应用最多的是日本生产的碳纤维片。这种碳纤维片有单向片、单向预浸片、单向织靠、双向织布等多种。GFRP增强塑料是指预浸料碳纤维(CF)，其性能指标要求具有较好的其抗拉强、弹性模量、延伸率等，在施工性和使用耐久性方面主要要求密度、浸透性、均匀度、耐腐蚀性要高。碳纤维增强塑料的强度是普通建筑钢材的十几倍，弹性模量比建筑钢材高，最大可达钢材的2倍左右，具有良好的耐久性和耐腐蚀性。

2、建筑结构常用加固形式

工程上常用的混凝土结构的加固法有直接加固方法和间接加固方法[2]。

2.1 直接加固法

（1）加大截面加固法

在钢筋混凝土受弯构件受压区可以通过截面面积的增加，提高构件抗弯、抗剪能力。这种方法的适用领域宽广，加固效果明显，已经具有完善的设计和施工经验；应用范围是梁等

一般构造物的混凝土的加固；缺点是所需要的时间比较长。

（2）粘结外包型钢加固法

外包钢加固法是把型钢或钢板包在需要加固构件的外边，加固后的构件，正截面承载力以及刚度都会提高。这种方法被称作湿式外包钢加固法。

（3）粘钢加固法

在钢筋混凝土受弯构件的承载力不足的区段表面粘结钢板，可以提高被加固构件的承载力的方法。该方法施工快速，不影响结构外形，但钢板自重和刚度较大，对胶粘工艺与操作水平有很高的要求。

（4）锚栓加固法

该法适用于混凝土强度等级在C20到C60之间的混凝土构件加固，缺点是无法加固严重风化的轻质结构。

2.2 间接加固法

（1）预应力水平拉杆加固法

该法加固混凝土结构受弯构件是使得构件中产生偏心受压作用，该作用，减少了外荷载效应，从而提高了抗弯构件的抗弯能力同时缓解和控制构件裂缝的发展。

（2）预应力下撑拉杆加固法

该法是在外荷载和预应力共同作用下，拉杆中产生轴向的拉力，外荷载被该力抵消了一部分，进而提高构件的承载力。

（3）增加支撑加固法

通过减少受弯构件的计算跨度，从而使得作用的外荷载效应减少，提高结构的承载力。这种方法简单可靠，但通常会减少建筑物使用空间，影响建建筑物原貌以及使用功能。

3、CFRP混凝土加固技术研究与应用现状

3.1 国外研究与应用现状

CFRP用于混凝土结构加固修补的研究始于20世纪80年代美、日等发达国家。80年代末及90年代初，同本的众多大学、科研机构、材料生产厂家相继进行大量了的研究。日本于80年代初开始开发研究应用连续纤维增强材料(FRP)补强加固已有的钢筋混凝土建筑物，并于1986年第一次投入使用。

GangaRao等进行了三面包裹碳纤维片材加固钢筋混凝土梁的抗弯试验和耐久性试验[3]；结果表明；粘贴碳维的混凝土试件在温度、湿度、天气的变化和化学腐蚀下能够保持良好的工作性能，梁的极限强度和刚度都有提高，提高程度和碳纤维的粘贴量有关，有损伤试件用碳纤维加固后强度和刚度性能与无损伤试件加固的相似，试件的屈服荷载比未加固时有一定提高。

Arduini等进行了粘贴纤维复合板材和片材加固钢筋混凝土梁的试验并进行了有限元

分析，讨论了加固后试件可能发生的脆性破坏形式[4]；认为在以提高刚度为目的的加固时，纤维复合材料的刚度增大对加固效果有利，可能发生的脆性破坏与纤维材料的粘贴和试件自身的情况有关系，当加固的目的为提高强度时，应综合考虑加固后试件的抗剪能力、可能发生的破坏形式和变形发展，建议在加固时尽可能地增大FRP的粘结锚固长度采用延伸率较大的胶粘剂。

Sharif等进行的用玻璃纤维加固未卸载的钢筋混凝土梁的试验结果表明，进行加固后试件破坏虽然呈脆性，但仍表现出了一定的延性；进行正截面抗弯加固时，由于斜截面抗剪能力不足将产生斜裂缝而导致纤维板的剥离，通过在板端部加螺栓锚固能够在一定程度上对这种剥离破坏进行约束[5]。Plevris等研究了粘贴纤维复合材料板加固钢筋混凝土梁的时间相关性能和粘碳纤维板加固梁的可靠度；认为粘贴碳纤维和玻璃纤维加固都能够减少梁的收