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、贴碳在宏观尺度下，不能看到材料的内部结构，材料被假定为均匀和各向同性的。材料可视为由尺寸大于几厘米的结构单元组成，单元的尺寸大小足够在平均比例上反映均匀化的材料性质。宏观分析无法揭示混凝土内部结构、组成与力学性能之间的关系，但是可反映一种工程平均，是工程力学分析所必需的。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钢板上不允许开孔。这样会使空气进入钢板内面，使注胶饱和度难以达到，又使加固的强度不够高，如果遇到大面积，长度又长的钢板粘钢注胶，按照常规的注胶方法—“从下往上注胶”注胶，肯定是很难达到饱和，注胶时间又长，有的地方（下面）注胶过多钢板起鼓，而上面一直没有胶，产生空鼓现象，甚至导致钢板开裂的现象。为避免这一问题产生，我们可以破常规，采用“分层注胶”的方法进行注胶，先从底部开始注胶，到底层有一定的饱和度、高度时，再往上一个高度进行注胶，假若现在底层注胶还未达到饱和也不要紧，因为胶液有了一定高度时，它会产生“自流”现象，不饱和的地方就会自然而然达到饱和了，再依次这样注胶就可以啦。-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；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%，说明加固效果明选择混凝土用砂时，砂的粒径大小和颗粒级配应同时考虑。当选择粗砂时，应有适当的中砂和细砂填充其孔隙，这样不仅使砂的空隙率和总表面积小，水泥用量少，而且使混凝土的密实性和强度高。实践表明，采用连续级配的粗骨料，再掺以适当比例连续级配的砂子，就可以得到较低的空隙率，如：5mm．37．5mm的卵石与40％砂子混合时，可以将空隙率减小到21％。
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
粘钢加固技术的适用范围：适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。使用环境温度不超过5～60℃，相对湿度不大于70％及无化学腐蚀的使用条件为限，否则应采取有效的防护措施。当构件混凝上强度等级低于Cl5时，不宜采用本法加固。
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对于碳纤维加固工程中,实际施工中的操作也是非常重要的,施工质量对于加固效果可起到決定性的作用,同时我们也注意到,界面的处理方法对于利高问题也有着很重要的影响。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=bxfcm(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。