碳纤维加固法简述

摘要：碳纤维加固法对改变桥梁的受力状态、改善结构的使用性能有显著作用。本文阐述了碳纤维加固方法的原理、加固特点、使用材料，对加固受力特点作出了简要分析。

关键词：桥梁工程；碳纤维的加固；加固方法

中图分类号：K928.78文献标识码：A

1.引言

采用碳纤维加固材料修复补强混凝土结构，是近来发展的新型工法，利用碳纤维材料卓越的抗拉强度到达的增强构件承载能力及刚度的目的。碳纤维加固法可用于桥梁混凝土结构抗弯、抗剪加固，同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。

2．碳纤维的加固原理

碳纤维在桥梁工程使用广泛，其加固的基本原理是将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝同受力，增大结构的抗裂或抗剪能力，以提高结构的强度、刚度、抗裂性和延长性。

3．碳纤维加固的特点

碳纤维材质自重轻，施工方便快捷，不增加结构荷载；强度高，能灵活地用于抗弯、封闭箍和抗剪加固；柔韧性好，不受结构外形限制；耐久性佳，抗化学腐蚀和恶劣环境气候变化的能力强；同时抗高温、抗蠕变、抗磨蚀、抗震性能好；在混凝土构件、钢结构、木结构均广泛采用。

4．碳纤维复合材料

4.1碳纤维复合材料

碳纤维复合材料通常由纤维和基体组成。其力学特点是应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。由于碳纤维材料具有高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳等优异物理力学性能，以及现场施工便捷，所以是旧桥加固补强的理想材料。碳纤维布的抗拉强度一般为3550MPa，弹性模量为2.35×105MPa，根据碳纤维布的品质不同，其厚度为0. 11~ 0. 43mm，幅宽为20~100cm，卷材长度为50~100m。

4.2粘结材料

粘结材料是指能将连续纤维状的碳纤维结合在一起，同时又与混凝土表面粘合的系列材料。它是保证碳纤维布与混凝同工作的关键，应有足够的刚度与强度来保证碳纤维与混凝土间剪力的传递，同时应有足够的韧性，不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏。此外，由于旧桥加固均在野外，所以粘结材料还应能在一般气候条件下固化，固化时间合适(一般保证有3h左右)，对组分含量不敏感，具有适宜的流动性和粘度，固化收缩率小。粘结材料主要包括三类材料：底层涂料、整平材料和浸渍树脂。

5．加固受力特点分析

（1）碳纤维布有单向碳纤维布、单向碳纤维交织布、双向碳纤维交织布及单向碳纤维层压材料等多种，可根据需加固结构的不同的部位和受力特性与方向等，选择相应的碳纤维布进行加固。

（2）将抗拉性能优良的碳纤维布用粘结材料粘贴到梁体底面或箱梁内壁上，使其与原结构布置的钢筋一道共同承受拉力，以提高旧桥的承载能力。与其他加固方法相比，碳纤维布保证在设计荷载范围内与原结构共同受力，其改变原有结构的应力分布程度最小。

（3）沿桥梁的主拉应力方向或与裂缝垂直方向粘贴碳纤维布，两端分别设置锚固端，可约束混凝土表面裂缝，防止裂缝扩大，提高构件抗弯刚度、减少构件挠度、改善梁体受力状态。

（4）应根据实际情况合理使用碳纤维布加固钢筋混凝土梁式桥，因碳纤维布在加固混凝土构件时，在提高受弯承载力的同时还影响受弯构件的破坏形态。当碳纤维布用量过多时，构件的破坏形态由碳纤维被拉断引起的破坏转变为混凝土被突然压碎破坏。还因碳纤维为完全弹性材料，它与钢筋共同工作会减弱钢筋塑性性能，碳纤维布用量过多，构件延性将有所降低。

（5）碳纤维布加固后桥梁结构破坏形式变为脆性破坏，其承载力极限状态应按碳纤维抗拉强度的2 /3进行抗弯承载力计算，不能按普通钢筋混凝土考虑。

（6）碳纤维布可提高混凝土梁抗剪承载力，其作用机理类似箍筋，同时还能明显改善构件的变形性能，增强构件的变形能力。

参考文献：

[1]CFCS 146 2003,碳纤维片材加固混凝土结构技术规程.

[2]赵雪萍.碳纤维布在旧桥加固中的应用.公路交通技术,2002