谈碳纤维布加固钢筋混凝土柱

李大彬 翟浩博

(内蒙古大学鄂尔多斯学院，内蒙古 鄂尔多斯 017000)



谈碳纤维布加固钢筋混凝土柱

李大彬 翟浩博

(内蒙古大学鄂尔多斯学院，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

介绍了碳纤维布加固钢筋混凝土柱的优缺点，主要从强度、刚度和延性三个角度，分析了碳纤维布加固钢筋混凝土柱的抗震性能，对提高碳纤维布加固技术的水平有一定的意义。

碳纤维布，钢筋混凝土柱，抗震性，加固技术

近些年来，我国在经历了大规模的基础建设期后，已经进入到了“建设与维修”并重的时期，在此工程背景下，大量既有建筑物由于原承载力下降以及使用需求增加并考虑经济性等方面的原因，急需进行加固处理。

由于工程建筑结构大多采用钢筋混凝土柱作为其首要承重形式，对于其进行加固研究具有现实工程意义。例如，建筑结构物由于本身存在缺陷或者受到外部损伤导致支撑结构承载力降低，又或因使用需求的改变而增加支撑结构承载力，这类加固或补强，要求在提高原有结构竖向承载力基础上，对于其延性和增强结构抗震承载力的抗弯性能也要进一步提高。综合以上所述内容可以看出，研究碳纤维布加固钢筋混凝土柱的技术不仅具有很大的经济价值，同时还可以指导并规范实际工程。

1 碳纤维布加固钢筋混凝土柱的技术特点

1.1 加固技术的优点

首先，材料特性方面，碳纤维布厚度小、重量轻、柔韧性好、耐酸碱、耐高温、抗疲劳性及抗蠕变极高。可以满足抗弯、抗压和抗震的要求，同时可以抗拒加固柱体经常受到的各种酸、碱、盐腐蚀，碳纤维布在混凝土柱体表面形成第二道保护层，增强了混凝土的耐久性，对于增加柱体的自重和截面尺寸影响较小，满足加固物的外观使用要求。

其次，受力特点方面，碳纤维布抗拉强度高、易与混凝土表面良好粘结，经过横向环绕柱体，使混凝土受力状态由二向变为三向，成为约束混凝土，在承载能力和延性两个方面获得了较大提升。

最后，工程应用性上，具有原结构无损加固、施工简便以及施工质量容易保证的特性。不同于其他加固方法，碳纤维布加固全施工过程中，无大型机具和湿作业，不需要大量的固定保障措施，施工场地占用率小、工效高。加固质量上，即使加固构件表面不平整，由于碳纤维布材料的柔韧性，粘贴效率也可以得到保证，后期投入的维修费用较低，使用寿命较长。

1.2 加固技术的缺点

近年来，随着碳纤维布加固方法的科研深入以及大量的工程应用后，科研人员和工程技术人员也发现了一些不足。

1)材料的拉伸弹性模量与其强度相比过低。

2)破坏易发生于混凝土与CFRP之间的环氧树脂粘结层。

3)脆性破坏明显。相较于钢筋材料具有明显的屈服点，碳纤维布作为一种线弹性材料，破坏前没有明显征兆，属脆性破坏。

2 碳纤维布加固钢筋混凝土柱的抗震性研究

现行大多数研究方法，主要以模拟地震荷载作用下，通过分析一些重要的力学性能指标的变化规律来揭示碳纤维布加固钢筋混凝土柱的抗震性能机理，主要有强度、刚度和延性三个力学指标[3]。当前，通过国内外大量的静力和动力荷载作用下力学性能指标研究，表明碳纤维布加固法对于钢筋混凝土柱的抗震性能方面能进行有效提升，CFRP加固钢筋混凝土柱在动力反应性能、承载力以及延性和耗能力方面，具有良好的表现，均能进行有效的提高。

文献[5]通过对FRP约束的钢筋混凝土柱构件在循环侧压和轴压下的抗震性能模拟，8个试验试件中，1个试件进行连续作用轴力来模拟处于使用正常状态下的混凝土柱的补强，2个试件加载到钢筋屈服强度下来模拟破坏的混凝土柱的补强。通过研究CFRP加固柱中的应变发展和分布，分析CFRP对于混凝土柱的延性改善。

文献[6]选择试件加载截面为方形和圆形，试验类型取压弯、纯弯往复加载试验。试验表明，截面对于试验结果有较大影响，圆形截面的试验结果优于方形截面；粘贴加固量合适的话，可以改变柱体的破坏形式，变加固柱的剪切破坏为弯曲破坏。

文献[7]为了模拟出在实际状况下桥墩的构造，有必要做大尺寸圆形截面的往复荷载试验，搭接形式被运用到了试件制作时底部塑性铰区的钢筋上。从试验结果来看，混凝土柱均在FRP加固后的往复荷载试验上呈现良好抗震性能。这是因为基于FRP的约束，钢筋的搭接接头受到了保护，混凝土柱的抵抗剪切能力提高、延性增大，破坏形式从之前的剪切变化为现在的弯曲破坏。

文献[8]～[13]考虑轴压比、碳纤维加固量和剪跨比3个因素对CFRP加固柱的后期影响。结果表明:

1)强剪弱弯系数和总配箍值两者与位移延性系数呈正相关性，随前者增大而增大。其中，强剪弱弯系数根据结构的抗震需求可以参照混凝土规范进行取值，也可以直接取值于混凝土规范，鉴于碳纤维破坏时的脆性特性，可适当提高其数值，但切忌不可取值过大。

2)防止混凝土柱出现裂缝和限制斜裂缝的发展可通过碳纤维布进行加固，混凝土柱的受剪承载力得到明显的提高，从而使强剪弱弯的抗震需求得以实现。

3)碳纤维加固量可影响混凝土柱的截面破坏形态，当增大加固布用量时，斜截面剪切破坏可转化为正截面的压弯破坏并提高柱体的延性。

文献[14][15]认为，含FRP率、钢筋屈服强度、纵向配筋率、混凝土抗压强度、轴压比是影响FRP约束混凝土柱P—Δ和M—φ滞回性能的重要参数；P—Δ滞回曲线上，相比于钢筋混凝土试件出现的严重捏缩现象，FRP约束混凝土柱在轴压比增大的情况下，P—Δ滞回曲线表现良好，且柱体较之延性较好；刚度变化上，相对于钢筋混凝土构件，FRP约束混凝土构件在往复荷载作用以及轴压比增大的情况下，刚度退化略慢。

截至目前，由于在加固机理上存在着认识不足，抗震性方面的理论系统不完善，如二次受力荷载下，对于粘贴碳纤维布加固贡献值，不同的学者都试图从力学的角度进行分析，但并未形成共识，其计算值只能通过试验角度来进行解释。不同于大量的试验研究，抗震性方面的理论研究很少，大多数学者主要是通过试验以及有限元模拟来进行研究，利用试验得到的P—Δ滞回曲线，再借助于钢筋混凝土的基本力学原理，提出符合试验结果的位移延性系数和剪切强度计算公式，这就相对造成了加固抗震性理论系统性不足。

3 结语

“十三五”期间大量的基建修复工程，为碳纤维布加固技术提供了更加广阔的应用前景。相信随着相关科研工作的不断展开以及工程实践经验的不断积累，前述遇到的加固工程缺点以及抗震性理论系统不完善的情况都会得到改善，这项加固技术将会更加成熟，更加完善。

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Discussion on carbon fiber cloth reinforcement of reinforced concrete column

Li Dabin Zhai Haobo

(OrdosCollege,InnerMongoliaUniversity,Ordos017000,China)

This paper introduced the advantages and disadvantages of carbon fiber cloth reinforcement of reinforced concrete column, mainly from the strength, stiffness and ductility three aspects, analyzed the seismic performance of carbon fiber cloth reinforcement of reinforced concrete column, had certain significance to improve the level of carbon fiber cloth reinforcement technology.

carbon fiber cloth, reinforced concrete column, seismic performance, reinforcement technology

1009-6825(2016)27-0038-03

2016-07-13

李大彬(1992- )，男，在读本科生； 翟浩博(1995- )，男，在读本科生

TU375.3

A