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作了混凝土收缩试验及早期裂缝防治的相关研究。在综合前人测量方O式的基础上，提出了改进的非接触式自收缩测量方法，可用于测量多种体积变形，尤其是早期变形。该测试方法混凝土试件定为lOOmmXlOOmmX400ram，混凝土浇筑后立即密封，带模量测数据，试验装置主要有密封试模、微位移传感器、温度测定仪及滑动轨道等组成。在混凝土早期裂缝防治方面.，研究认为防止早期开裂主要应从减小混凝土收缩和提高混凝土抗拉强度出发，目前主要采取的措施有膨胀剂补偿收缩、掺浆液搅拌质量控制采用高速制浆机，将水泥、压浆剂和水进行高速搅拌，其转速为1420r/min，叶片线速度>10m/s，能完全满足规范要求。（2011版桥涵施工技术规范7.9.4条规定“搅拌机的转速应不低于1000 r/min,其叶片的线速度不宜小于10m/s。短纤维增强及掺减缩剂等方法，膨胀剂补偿收缩法是一种传统的方法，对于低水胶比的高性能混凝土难以发挥作用。其研究主要集中在掺纤维或减缩剂对防止混凝土早期开裂的作用效果方面，并对混凝土自收缩、氯离子渗透性进行了测试。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=2随着一次性浇筑混凝土量的增加，混凝土内部由于温度不均匀带来的性温度应力及开裂的现象越来越严重。具体说来，根据温度应力的形成过程，晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力一与前两种的残余应力相迭加。如果存在较大的内外温差，则内部温度下降时，外部降温数值较小，这就会在核心混凝土中形成较大的拉应力乃至拉裂缝。就第一阶段与第二、三阶段的裂缝来说，当内外温差较大，结构物的体量、体型合适时，三阶段的裂缝就有可能贯通，从而给结构物的整体性及安全性带来致命的影响。同时，由于三阶段的拉压区重合，部分受拉裂缝可能闭合，这也就会给温度裂缝的检测及鉴定带来困难，进一步使安全隐患加大。6：48：97；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。
如果钢筋表面上有高浓度的氯离在四种钢筋中，镀锌钢筋的腐蚀电位最负（在一I．2V～－－0．62V之间）。这是锌在混凝土中的典型腐蚀电位。在前22个循环周期中，镀锌钢筋的腐蚀电位在一1V左右。第24周期以后，镀锌钢筋的腐蚀电位逐渐升高，在一08V上下波动，可能是由于锌的腐蚀产物在镀锌层表面逐渐积累，在一定程度上降低了锌的活性。镀锌钢筋在混凝土中较负的腐蚀电位表明镀锌层在强碱性的混凝土中具有较大的活性，对钢筋可提供良好的电化学保护，使钢筋免受腐蚀。子，则CZ一引起的腐蚀是均匀腐蚀，但是钢筋的局部腐蚀比较常见。首先在很小的钢筋表面上形成局部破坏，成为小阳极，此时钢筋表面的大部分仍具有钝化膜，成为大阴极。这种由大阴极和小阳极组成的腐蚀电池，由于大阴极供养充足，使d，PEt极上的铁迅速溶解产生深蚀坑，小阳极区局部酸化；同时，由于大阴区的阴极反应，生成OH一使pH值增高；氯离子提高混凝土吸湿性，使阴极和阳极之间的混凝土孔隙液欧姆电阻降低。局部腐蚀又被称为点蚀和坑蚀。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=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。