碳纤维布加固混凝土梁抗弯强度计算及施工规程建议
。本文依据三根粘贴碳纤维布混凝土梁的抗弯试验，建议了碳纤维加固混凝土梁的抗弯强度计算方法
，依实际施工经验，提出了碳纤维布加固混凝土梁的施工规程建议。
关键词：碳纤维布加固梁，抗弯强度，施工规程
混凝土结构工程新千年所面临的主要问题之一是：既有混凝土结构的加固和修复。
粘贴碳纤维布加固技术，是近十年在日本首先应用和发展的，已有一千多个工程实例。该方法的主要优点表现在： 1、 性能稳定，一般无腐蚀问题。 2、重量轻，不增加结构静载。 3、强度高。4、容易手工操作，不需专门机械设备。 5、施工无灰尘和噪声污染，并可不间断生产运营。目前，在我国已有不少单位在研究碳纤维粘贴布的计算方法，已有不少工程实例。同济大学在接收生产任务的同时，针对性地做了一系列试验，如环向粘贴碳纤维布间接提高柱的抗压承载能力试验，加固混凝土梁的抗弯试验和抗剪试验，为工程应用起到指导作用。本文的主要目的是探讨粘贴碳纤维布混凝土梁的抗弯计算方法以及总结粘贴碳纤维布的施工操作方法。
在同济大学建工系结构试验室进行了三根梁的试验，其中二根梁贴碳纤维布加固，为对比试验，一根梁没聚丙烯纤维因为有着价格便宜、掺量小、耐久性好，特别是耐化学品性好，不需要特殊的加入工艺等优点有着较好的应用前景，并得到了广泛研究和关注。国外对聚丙烯纤维的系统研究开展较早，Hughes等早在20世纪70年代就研究了掺入原纤化的和单丝的聚丙烯纤维的应力—应变曲线，在国外聚丙烯纤维己成为改善混凝土性能最广泛使用手段之一，使用已有20余年。国内关于聚丙烯纤维的研究开展较晚，而且是随着国外聚丙烯纤维在国内建设项目中的大规模应用开始的，目前的研究主要集中于聚丙烯纤维的物理和力学性能的研究。有粘贴碳纤维布。三根试验梁（L-1，L-2a，L-2b）的截面特性见表1，试验梁浇筑日期：99年10月21-22日，水泥：砂：石子=26：48：97；贴碳纤维布日期：99年11月16日；
碳纤维布为上海同砼碳纤维布有限公司生产的“同砼”牌无纺单向碳纤维布，试验梁的加固工作在试验室内进行，为了与实际加固施工现场操作相一致，操作人员上仰操作，加固操作程序为：打底胶、批胶泥、上胶、贴碳纤维布、罩面胶。
（一）、加荷装置示意
（二）、材料性能
混凝土、钢筋的材料性能见表1。碳纤维布的规格：0.1×45mm,极限抗拉强度：3600Mpa,弹性模量235Gpa。
（三）、试验结果
1、破坏特性：
二根（L-2a，L-2b）贴碳纤维布梁的破坏为：受拉钢筋首先屈服，而后加固梁表现出较大的塑性，后碳纤维布拉断；混凝土的微观裂缝产生的原因可按其构造理论加以解释，即把混凝土看作是由骨料、水泥石、气体、水分等组成的非均质材料，在温度、湿度和其他条件变化下，混凝土逐步硬化，同时产生面积变形，这种变形是不均匀的，水泥石收缩较大，骨料收缩很小，水泥石热膨胀系数较大，骨料热膨胀系数较小，它们之间的相互变形引起约束应力。一根（L- 1）没有采用加固措施试验梁的破坏为：受拉钢筋屈服破坏。
2、加固效果对比
计算结果见表加到粘结破坏时，可能会听到突然脆性的响声，这可能是由于混凝土或注浆体被剪切达到极限荷载而发生的脆性破坏，然后混凝土开始比较均匀的滑移，响声也开始较多并且均匀连续，此时荷载随着滑移的加大继续增加，然后随着滑移速度的增加，荷载增加的速度赶不上滑移增加的速度时，荷载达到最高点，最后随着滑移的增大荷载逐渐降低。1。
（四）结论
1、加固后的试验梁，皆由于碳纤维布的拉断而破坏，说明粘结性能良好，加固方法可靠，能够满足结构设
计要求。
2、加固后试验梁的截面破坏弯矩，比加固前试验梁的截面破坏计算弯矩提高42-54.7%，说明加固效果明
显。
3、碳纤维的弹性模量与钢筋相近，但由于其强度高，充分发挥碳纤维的强度需要较大的应变。
1、碳纤维布加固梁抗弯强度计算
依据加固试验梁的破坏特性，在极限状态下，受拉钢筋屈服，破坏由碳纤维拉断诱发，参照现行混凝土
结构设计规范抗弯设计计算的基本原理，假定:
1、混凝土梁受弯后，变形规律符合平截面；
2、钢筋为理想弹塑性材料;
3、混凝土的应力-应变关系采用《混凝土结构设计规范》所建议的关系式；在极限状态下，受压区混凝土
应力等效为矩形应力块，应力强度为混凝土的弯曲抗压强度;
4、忽略混凝土的抗拉强度;
5、在极限状态下，碳纤维的应力达抗拉设计强度。
在极限状态下,加固梁的截面应力图由图3所示。
图3.极限状态下截面应力图
图中，Mu—截面极限弯矩;As,As’—受拉受压钢筋面积， fY,fY’—钢筋抗拉、抗压设计强度：ACF—碳纤维截面面积；fCF—碳纤维的抗拉设计强度，建议取极限抗拉强度的0.8倍。
图3所示截面的平衡方程为：
ΣFx=0
Asfy+AcFfcf-A’sf’y-bxfcm=0 (1)
ΣMAS(F)=0
M=b关于裂缝宽度的限制问题，国内外工程技术界都认为，钢筋混凝土结构的允许最大裂缝宽度主要是为了保证钢筋不致产生锈蚀。这一论据主要是根据试验室小型试件的锈蚀试验，参考国际上一般规范和某些使用经验得出的，所以各国规范中有关允许最大裂缝宽度的规定不完全一致，但基本相同。如在正常的空气环境中裂缝的允许宽度为O．3．0．5mm，在轻微腐胀使混凝土保护层胀裂甚至剥落,掘筋与混凝上的粘结作用下降,破坏他们共同工作的基从而严重影响结构的安全性和正常使用性能。所以钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构,特别是预应力混凝土结构的耐久性有生班大的影响。研究混凝土中钢筋的锈虫,并建立锈蚀量的預测模型,是分析现有结构的性能退化及耐久性评估的美键工作,对于准确预测结构的使用寿命与剩余寿命具有十分重要的意又。蚀介质中，裂缝允许宽度为0．2mm；在严重腐蚀介质中，裂缝允许宽度为0．1mm。各国对人体积混凝土允许裂缝宽度的规定不完全相同，这是因为地区条件、使用条件、材料标准、测试方法、习惯采用的保护层厚度等不同所致。xfcm(ho-x/2)+A’sf’y(ho-a’s)+AcFfcFas (2)
将试验梁材料的实际强度代入（1）和（2），可计算出梁的极限破坏弯矩，见表1。
实际梁截面破坏弯矩Mu与加固后截面计算极限弯矩比值的平均数为0.9735，说明计算方法可靠。