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碳纖維加固結構構件技術簡介

        碳纖維復合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固修復混凝土結構技術是近年來興起的一項新型加固技術，該項技術是將碳素纖維這種高性能纖維應用于土木工程，利用樹指類材料把碳纖維粘貼于結構或構件表面，形成復合材料體（CFRP），通過其與結構或構件的協同工作，達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。

2、  碳纖維加固結構構件技術原理

        碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固修復混凝土結構所用碳纖維材料主要為二種：碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當，某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復材料；配套樹指則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體，并且共同工作，提高結構構件的抗彎、抗剪承載能力，達到對結構構件進行加固、補強的目的。

3、加固工程概況

      某110kV變電所建于2000年，因電容器室爆炸燃燒，第二榀框架梁遭到破壞，保護層混凝土開裂、酥松、剝落，下弦鋼筋變形較嚴重，鋼筋受力截面削弱，危及結構安全，影響電力的安全生產。經基建部門、設計部門、加固公司等單位專家一起進行分析比較，選擇粘貼碳纖維布進行加固，防止大梁的過度變形，延長梁的使用壽命。

4、碳纖維布加固框架梁設計

4．1碳纖維布加固的前提

        首先，利用回彈法對框架梁混凝土進行檢測，以供加固參考。經檢測，混凝土的實際強度為C30。根據設計圖紙，及現場混凝土、鋼筋的受損情況，考慮提高框架梁的抗拉強度等級，為此，將610mm寬的碳纖維布裁成兩半，分兩層粘貼在框架梁的底面及兩側，加固后，增加了原受拉鋼筋面積，彌補了由于原鋼筋變形而造成的截面削減，構件的承載力得到加強，而且，總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax ，可以滿足使用要求。

4．2碳纖維布的設計

        在受彎加固時，應使碳纖維片材的纖維方向與受拉區的拉應力方向一致。因梁底寬度為350mm，而碳纖維布的寬度為610mm，兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應及框架梁下的受拉范圍，考慮將碳纖維布裁為兩半，一層為300mm寬，一層為310mm寬，分兩層粘貼在梁的下側；再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍；框架梁兩側面上邊緣各粘貼四根100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。

碳纖維布的主要力學指標

 

抗拉強（Mpa）

彈性模（Mpa）

延伸率（%）

技術規程指標

≥3000

≥2.1×105

≥1.4