碳纤维加固某楼板的设计和施工

摘要：本文结合昆山某楼楼板负钢筋被踩踏后楼板加固工程的实例，着重介绍了粘贴碳纤维布加固楼板的方法。

关键词：碳纤维布；加固 ；结构胶粘剂

Abstract: Based on a practical project in Kunshan, in which the floor’s reverse reinforcing bar is collapsed, this thesis introduces the way of a building floor reinforcement with high power carbon fiber.

Key words: Carbon fiber sheet; Reinforcement; structural adhesives

[中图分类号] TU318 [文献标识码]A[文章编号]

一、前言

在工程施工中，经常由于施工人员野蛮施工，导致楼板负钢筋被踩踏，因而楼板负钢筋保护层厚度过厚，减少板截面有效高度，致使板面负钢筋的承载力达不到设计要求，而导致楼板产生裂缝，楼板板面被破坏，情况严重时将发生重大的工程事故。出现这种情况时，因楼板已施工完成，无法使被踩踏钢筋复位，这就需要结构工程师对这种情况的楼板构件进行加固来满足楼板承载力要求。针对每个建筑物的不同情况选择最佳的加固方案最为关键，然而优先使用先进的加固技术也是较为重要的。碳纤维布是近几年从外国引进的加固材料，具有高强度，高弹性模量，重量轻、耐腐蚀性好的特点，其抗拉强度是普通钢筋的10倍左右。本文将结合工程实例论述碳纤维布加固设计及施工方案。

二、 工程概况

昆山某楼在竣工验收时查出，某区域楼板（楼板厚度为120mm）负钢筋保护层厚度过厚接近80mm-90mm左右，经分析可能是在施工过程中，施工人员未注意将楼板面的负钢筋踩踏下去，故竣工验收时此区域楼板负钢筋保护层厚度不满足要求，需加固楼板，使楼板承载力满足设计要求。根据原结构一层楼面配筋图进行加固设计（本工程有地下室），需板面加固的区域见附图一，阴影区为板面需加固区（负钢筋被踩踏区），本文着重介绍楼板加固设计及施工方案。

附图一

三、加固方案的比较与选择

一层楼板厚120mm，局部为板厚160mm，附图一中阴影区①板面负钢筋配筋为8＠200，阴影区②板面负钢筋配筋为10＠200。因阴影区的负钢筋保护层厚度过厚，使板面负钢筋不能满足原设计的承载力要求，必须加固处理。目前，加固这种楼板常用方法大致有楼板粘贴钢板条、粘贴碳纤维布等方案。每种方案都有其优缺点以及不同的适用范围，下面就对本工程楼板加固的两种方案进行比较和选择。

粘贴钢板条加固方案和粘贴碳纤维布加固方案加固原理基本相似，即在原楼板的负钢筋位置（由于负钢筋被踩踏，楼板负钢筋保护层厚度过厚，导致负钢筋失去原设计承载力作用）用粘贴钢板或粘贴碳纤维布来等强代换原楼板的负钢筋承载力作用。我们选择加固方案时主要从以下几点考虑。1.施工工序和工期：采用粘贴碳纤维加固，施工工序简单、工期短（因为碳纤维布不像钢板本身需要进行防锈蚀处理，且碳纤维布在转角处粘贴时比钢板容易弯折）；2. 加固造价：采用粘贴碳纤维布加固比采用粘贴钢板加固节省25%左右加固造价（本工程楼板支座负钢筋被踩踏处的楼板配筋值不大，若用粘贴钢板法加固，虽然理论计算加固钢板面积少于碳纤维布，但实际要还需满足结构构造措施，所以最后用的粘贴钢板面积并不少于碳纤维布面积，而粘钢板单位造价高出粘碳纤维单位造价的25%）；３．加固效果：两种加固方案都能理想达到原结构设计要求。虽然粘钢板条加固方案对楼板的刚度也有所提高，但本工程楼板刚度已满足设计要求，所以加固效果基本相同。经业主综合考虑和比较，最终选择粘贴碳纤维布加固方案。

四、碳纤维加固楼板的设计

4.1基本假定

采用碳纤维对受弯构件进行加固时，除应遵守现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010正截面承载力计算的基本假定外，尚应遵守下列规定。

1. 碳纤维布的应力与应变关系取直线

式，其拉应力σf取等于拉应变εf与弹性横量Ef的乘积；

2. 当考虑二次受力影响时，应按构件加固前的初始受力情况，确定碳纤维的滞后应变；

3. 在达到受弯承载力极限状态前，加固材料与混凝土之间布置不致出现粘结剥离破坏。

4.2碳纤维布计算方法

首先，利用回弹法对楼板混凝土进行检测，以供加固参考。经检测，混凝土的实际强度为C25。然后根据设计图纸、现场混凝土钢筋被踩踏数量以及踩踏位置，同时考虑碳纤维实际的抗拉应变达不到设计值而引入强度利用系数0.8（经过大量现场试验统计得出的结果）等计算得出，采用0.167mm厚、100mm宽的碳纤维布进行加固，弹性模量不小于210000Mpa,设计强度为2000Mpa。计算得出加固所需的碳纤维布量见下表

楼板加固区 原楼板负钢筋配筋 加固碳纤维布

附图一中①阴影区 8＠200 -0.167x100xL@300

附图一中②阴影区 10＠200 -0.167x100xL@250

注：其中L为碳纤维布长度

本工程楼板加固平面布置图详见附图二。

附图二

一层楼板楼面加固平面布置图中1-1截面加固详图见附图三，反映了碳纤维布粘贴时在楼板支座处遇上障碍（外填充墙）时具体节点加固方法。施工时先将楼板支座处的外填充墙拆除部分（拆除墙体的地方要采取临时支顶措施），使粘贴碳纤维布时能贴到楼板支座处，并如附图三向下延伸一个梁高长度以防碳纤维布端口剥离破坏引起加固失效。同理粘贴四分之一短边板跨长度B后再加上500mm长度同样防止碳纤维布端口剥离破坏引起加固失效而采取的加固构造措施。（附图四至附图八因采取相同的防止碳纤维布端口剥离破坏的加固构造措施，故不再多作解释）。

附图三

一层楼板楼面加固平面布置图中2-2截面和3-3截面加固详图见附图四、附图五，反映了碳纤维布粘贴时遇楼面板不同高低时的碳纤维布加固楼板的节点详图。

附图四

附图五

采用碳纤维布加固楼板负钢筋被踩踏的情况除本工程涉及三种加固情况外，还可能遇上以下几种情况：（１）.实际工程经常遇到的楼板支座（负钢筋位置）无障碍且楼板无高差情况，具体加固节点详图见附图六和附图七；(2).楼板支座（负钢筋位置）处遇到障碍为混凝土反梁，具体加固节点详图见附图八。添加压条可有效防止转角位置碳纤维布剥离。

附图六

附图七

附图八

五、碳纤维布加固施工方案

一般碳纤维布加固施工工艺流程为：加固构件卸荷载―加固构件混凝土表面凿毛处理―涂刷底层树脂―找平处理―粘贴碳纤维布―碳纤维布表面保护处理―验收检查。

碳纤维加固施工需注意以下几点：

1.转角处进行粘贴碳纤维布时，转角外表面处打磨成曲率半径不小于20mm的倒角，以免碳纤维布沿其纤维方向弯折时导致应力集中和纤维丝折断，影响强度发挥；

2.当受弯构件粘贴多层碳纤维布允许截断时，相邻两层碳纤维布宜按内短外长的原则分层截断；外层碳纤维布的截断点宜越过内层截断点200mm以上，并在截断点加设U形箍（梁）或压条（板），这样有助于防止内层碳纤维织物剥离。

3.碳纤维加固施工质量验收检查时，总有效粘结面积不应低于95%；当碳纤维布的空鼓面积小于100mm2时，可采用针管注胶，埋设灌浆嘴或压力罐注胶的方式进行补救。空鼓面积大于100mm2时，宜将空鼓处的碳纤维布切除，重新搭接贴等厚的碳纤维布。碳纤维布沿纤维布方向的搭接长度不得小于200mm。

六、结束语

本工程采用粘贴碳纤维方法加固楼板负钢筋被踩踏的情况，竣工已两年，经定期检查与观测，未发现任何结构异常情况。

碳纤维布具有高强度，自重轻，耐腐蚀及耐久性，施工简单，工时短，具有柔韧性，能包裹复杂外形构件，易于裁剪，适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固。加固后能大大提高结构强度和安全系数，是理想的加固材料之一。

参考文献：

[1]混凝土结构加固设计规范（GB 50367-2006）

[2]碳纤维片材加固混凝土结构技术规范

（CECS 146:2003）

[3]中国有色工程设计总院混凝土结构构造手册中国建筑工业出版社2003。