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： 预拌混凝土施工期间早期裂缝一般只需要修补处理：表面处理：当裂缝宽度较小（一般宽度小于O．2mm）、U钢筋未受锈蚀时一般采用表面处理的方法。主要用来提高结构的防水性和耐久性。这种方法的缺点是无法深入到裂缝内部以及对延伸裂缝难于追踪变化。对于宽.度变化大的裂缝，应设法使用有伸缩性的材料。大面积处理时应注意防止空鼓、起皮。表面处理所用材料因修补目的及建筑物所处环境的不同而异。一般可用弹性涂膜防水材料、聚合物灰浆等。施工时，先用钢丝刷清除混凝土表面附着物，表面打毛，用水冲洗后充分干燥，再将裂缝及周边部分均匀涂抹，施工后注意成品保护。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。
通过现场采集、电化学快速锈蚀以及人工模拟锈坑等三种方法取得共90个锈蚀钢筋试件，通过试验和有限元分析，得出的结论为：锈蚀钢筋名义屈服强度和延伸率随锈蚀程度的增加而降低，延伸率降低尤为明显，同时认为锈坑附近的应力集中是屈服强度和延伸率下降的主要原因。该文还提出了锈蚀钢筋理想弹塑性的本构关系模型。 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；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
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，受压区混凝在20世纪以前，混凝土结构的设计是以弹性效应假设为依据的。自从1907年美国材料试验学会（ASTM）首先报导了钢筋混凝土梁的徐变资料以来，国内外许多学者开始致力于混凝土徐变收缩现象的研究。但直到1931年戴维斯（REDvais）等人对混凝土的徐变性能进行了系统研究之后，才对徐变性能有了较明确的认识，而应用于实际结构则更晚。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)<对于连续端和非连续端，采用不同的方式封锚。连续端采用与锚具同等大小的PVC管套在锚具上，然后在PVC管内填塞砼，拆除PVC管后就可以得到美观、整洁的封头。非连续端采用定型钢模板，通过一定的加固措施使得模板与梁体紧密结合在一起，接缝处用双面胶黏贴防止漏浆，实践证明这种封锚效果非常好，封锚砼可以和梁体很好的连为一体且无明显的错台，漏浆现象也得到了很好的控制。封锚前应将梁端槽口处混凝土凿毛，并对锚具进行防锈处理。封端混凝土脱模后应立即浇水养护，以加强封端混凝土与梁体混凝土的连结。冬季气温低于5℃时不浇水，采用覆盖保温养护。br /> ΣMAS(F)=0
M=bxfcm(ho-x/2压浆设备：压浆设备由拌和机、储存罐、泵、连接软管、阀、计量仪器及检测设备组成。压浆设备应能生产均匀粘性的水泥浆并持续供浆。20min内应压满最长的孔道。储存罐应保持半满状态以免空气进入孔道。压浆设备应能在压浆停止时回收水泥浆。压浆设备应在进浆口前安装1个孔径3～5mm(视水泥浆的性能而定)的观察孔。压浆须保持恒压,安装减压阀及压力表,防止压力超过1MPa。压浆完成后须采用保压阀保压。在压浆因故中断时,用冲洗设备立即冲洗孔道。当采用真空压浆时,真空度宜控制在-0.06～0.1MPa内。)+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。