工程方案-混凝土结构加固资料集

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目录

1,碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨12,碳纤维在某通信机房加固中的

应用53,南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计94,碳纤维复合材料(CFRP)加固技术在南

京新街口百货商店改造工程中的应用135,钢筋混凝土框架梁粘碳纤维加固现场加载试验

166,碳纤维材料在某公共建筑抗震加固中的应用207,玻璃纤维聚合物在腐蚀环境下补强加

固工程中的应用238,混凝土结构碳纤维加固技术及其适用性279,碳纤维布加固钢筋混凝

土梁受弯承载力设计方法的研究3110,碳纤维布加固预应力混凝土空心板新技术3511,高

强复合纤维材料加固混凝土结构技术的应用3812,碳纤维布加固混凝土梁截面刚度计算40

13,锈蚀钢筋混凝土结构防护与加固4314,碳纤维加固的“反拱预应力技术”及其提高钢结构

承载能力的分析4915,CFRP加固某大厦框架柱抗震性能的设计与施工5316,碳纤维材料在

桥梁加固工程中的应用5717,碳纤维布用于钢筋混凝土工字梁桥抗弯加固的试验研究与分析

6118,纤维薄板加固混凝土刚架拱桥的工程实践6519,碳纤维材料加固混凝上梁板技术在实

际工程中的应用697220,碳纤维增强复合材料(CFRP)在公路T型截面桥梁加固设计与应用

21,特种荷载作用下，碳纤维(CFRP)技术在桥梁加固工程中的研究与应用7822,楼板开洞改

造有限元分析及粘贴碳纤维加固方法8523,玻璃纤维聚合物混凝土在腐蚀环境下天车道轨二

次灌浆中的应用研究8724,碳纤维加固技术在桥梁补强工程中的应用90

碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨徐洪平1,碳纤维布结构加固技术简介

粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两

者共同工作，提高结构构件的(抗弯，抗剪)承载能力，由此而达到对建筑物进行加固,补强的

目的.碳纤维增强聚合物(CarbonFibreReinforcedPoly-mer简称CFRP,也称为碳纤维增

强塑料）是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的.使用碳纤维布加固具有以下几个优

点:a,强度高（强度约为普通钢材的10倍），效果好;b,加固后能大大提高结构的耐腐蚀性

及耐久性;c,自重轻（约200g/m）,基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好，易于裁剪，适用

范围广;d,施工简便（不需大型施工机构及周转材料），易于操作，经济性好;e,施工工期短

（本工程实例仅用一周）；因此,碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应.

碳纤维加固技术适用于各种结构类型，各种结构部位的加固修补,如梁,板,柱,屋架,桥墩,桥

梁，筒体，壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可;另外，砖砌体的某些力

学性能也可以用碳纤维进行加固.2,碳纤维布加固的原理用于建筑结构加固的碳纤维材料

具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是，碳纤维材料织成碳纤

维布后,其中的各碳纤维丝很难完全共同工作,在承受较低的荷载时,一部分应力水平较高的

碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体

破坏.而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度,故碳

纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着

关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作,从而达

到加固的目的.3,工程概况某制药厂保太松车间建于1984年，因长期受腐蚀性气体的侵蚀,

三根薄腹梁下弦混凝土与钢筋均遭受严重腐蚀,导致保护层混凝土开裂,酥松,剥落,下弦钢

筋锈蚀，剥落,钢筋受力截面削弱,危及结构安全,影响工人的生产情绪;经与设计人员一起进

行分析比较,选择粘贴碳纤维布进行加固，能防止腐蚀性气体的侵蚀,延长梁的使用寿命（薄

腹梁见图1）,4,碳纤维布加固的依据及前提碳纤维布加固的依据及前提4.1碳纤维布加

固的依据⑴某制药厂提供的保太松车间图纸.⑵屋架的腐蚀情况.⑶薄腹梁的实际检测强

度.⑷《混凝土结构加固技术规程》.4.2碳纤维布加固的前提首先,利用回弹法对薄腹梁

混凝土进行检测，以供加固参考.经检测,混凝土的实际强度为C30.根据设计图纸，及现场混

凝土，钢筋的腐蚀情况，考虑提高下弦的抗拉强度等级，为此，将61Omni宽的T700S型碳纤

维布裁成两半，分两层粘贴在下弦的底面及两侧（薄腹梁下弦宽度为200mm）,加固后，相当

于增加原受拉钢筋面积的46%,弥补了由于原钢筋锈蚀而造成的截面削减,构件的承载力得到

加强,而且,总体配筋率PminWPWPmax，可以满足使用要求.4.3碳纤维布的设计因梁

底宽度为200mm,而碳纤维布的宽度为610mm，兼顾加固时碳纤维布的幅宽效应及下弦的受拉

范

1

2

围，考虑将碳纤维布裁为两半，一层为300mm宽，一层为310mm宽，分两层粘贴在梁

的下侧及两面侧边（两侧边高度为50-55mm）,应注意:转角处须处理成圆角（R，10mm）,详

见图L

图1

薄腹梁加固

1-粘贴碳纤维布二层（第一层宽度300mm，第一层宽度310mm）2-粘贴碳纤维布二层（第

一层宽度300mm,第一层宽度310mm）

5,碳纤维布加固的施工5.1施工准备5.1.1施工材料的准备辽宁省建设科学研究院

生产的JGN-C胶（底胶）及JGN-P胶（粘着胶），T700s型碳纤维布.5.1.2辅助材料的准备

专用滚筒,刮板,角向磨光机,剪刀，凿子,榔头，台秤,丙酮.5.1.3搭设脚手架按安全规程要

求搭设好脚手架，高度以方便施工为前提.5.2施工工艺⑴把屋架下弦被腐蚀部位的疏松混

凝土凿掠，把锈蚀的钢筋用钢丝刷刷抻被锈蚀层.⑵补粉凿除的混凝土梁用SJ-601防腐砂

浆补粉凿除的混凝土梁（对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复），并养护

三天.⑶用压缩空气将表面浮尘清除干净［未凿部位（需加固处）用混凝土角磨机,砂纸等机具

除去混凝土表面的浮浆,油污等杂质,构件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸起部位

要磨平］，用丙酮将需粘贴处清洗干净.⑷涂底胶将JGN-P胶甲乙组分按需按3:1的重量

称好,放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将它均匀地涂在屋架底面（两侧刮150mm）,待胶

固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准）再进行下一工序施工.注意:调好的底胶

须在规定的时间内用完，一般情况下40min内用完.⑸找平混凝土表面凹陷部位用修补胶

（JGN-C胶掺入两倍粉料）填平,模板接头等出现高度差的部将JGN-C胶甲乙组分按3:1的

重量称好,放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将位应用修补胶填补,尽量减少高度差.⑹粘

贴碳纤维布胶均匀地涂刮在底胶匕需粘贴碳纤维布处,随即把按设计要求已裁剪好的碳纤维

布粘贴在设计部位,然后用专用滚子沿碳纤维布的受力方向来回滚压,挤出汽泡.待指触干燥

后，即可以进行第二道碳纤维布的粘贴，方法同第一道.注意：碳纤维布的搭接长度一般为

100mm,端部用横向碳纤维布固定.⑺两道碳纤维布粘贴完,待指压干燥后，再刮涂一层JGN-C

面胶，来回滚压，使胶充分渗入到碳纤维布中去.⑻待面胶指触干燥后，表面做一层保护层

（防火涂料或水泥砂浆）.

2

6,有关材料的技术指标目前，国内碳纤维材料及配套结构胶的生产厂家有多家,选购前

应认真了解材料的相关技术指标及操作说明，我所所用的各材料指标如表1〜表3.

表1抗拉强度弹性模量（MPa）（MPa）50002.35X10

5

结构加固修补用碳纤维材料（CFRP-T700S）主要性能指标延伸率（%）2.1表2密度

（g/cm）1.8碳纤维织物数据径向密度径向纤维碳纤维纬向重量比例%1表3纬向纤

维根/cm尼龙线碳布宽度（mm）610建筑结构胶主要技术性能指标JGN-C粘贴碳纤维专

用胶白色蜡状膏体棕色液体>30.0>20.0>50.0>30.0<5000cp（不流挂）0.6

1.Okg/m>90min<3.Oh甲：乙=3:1

23

耐腐蚀性优

浸透性良好

均匀度良好

单位面积重量（g/m）220径向重量比例%99

2

纬向密度根/cm1.6积层厚度为加入树脂后其纤维体积含量为50%时的厚度

2.65积层厚度（mm）0.2

结构胶名称作用甲组分外观乙组分粘接拉伸强度（MPa）拉伸剪切强度（MPa）压缩

强度（MPa）弯曲强度（MPa）混合黏度（20℃时）涂布量适用期（20℃时）硬化时间（20℃时）

JGN-P与JGN-C配套使用的底胶无色透明液体棕红色液体粘接强度（混凝土-混凝土）

混凝土破坏

0.25~0.3kg/m可使用时间指干时间（20℃时）甲：乙=3:1

2

20〜40min2h

使用温度

10〜35℃

7,结论根据加固原理可知，在施工前必须选择合适的粘结剂，认真查看材料的质保书及

使用说明，掌握材料的各有关参数，以确保它有足够的强度，能保证碳纤维丝共同工作，同

时又确保碳纤维布与结构共同工作；在施工过程中，参照使用说明，每道胶都必须处理好,特

别是粘贴碳纤维布的JGN-C胶，应尽可能让胶充分地渗入到碳纤维丝之间（细部空鼓处，可

用针筒注射胶），确保相互共同工作.通过对某制药厂工程实例的施工操作，深深体会到碳纤

维布结构加固技术简介中介绍的各项优点，该工程施工时,在确保安全的前提下，仅使用了简

单的脚手架,而且,碳纤维布裁剪非常方便,可以根据形状及尺寸随意裁剪，在各种支架的遮

挡处可以随意穿过，施工非常方便；另外，从2001年5月7日加固后到现在，在腐蚀性气

体的侵蚀下，至今未见有被腐蚀处；该工程从开工到结束仅7天（包括搭，拆脚手），

3

工程总费用仅约为11000.00元.由此可见，碳纤维布加固结构技术的优点很明显，应用

前景很光明.8,探讨粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的

应用，井已产生较大的经济效益;在混凝土结构的加固中，碳纤维布主要是分担钢筋的受力，

即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的抗拉强度，那么在其它的结构中，碳纤维布能否起

到加强抗拉强度的作用呢？因为碳纤维布在结构胶的作用下强度很高,其它结构在用碳纤维

布加固后，会否象类似钢筋混凝土结构构件的超筋截面破坏一样产生负面影响呢？目前我所

正在探索应用碳纤维布加固砖砌体的技术（如砖砌体在外界环境影响下产生的裂缝修补，采

用碳纤维布来提高砌体的某些力学性能），该技术是粘贴碳纤维结构加固技术领域中的新生

事物,如能成功,必将也能产生较大的经济效应.

4

碳纤维在某通信机房加固中的应用姜安庆陆洲导王李果碳纤维增强聚合物（Carbon

FibreReinforcedPoly-mer简称CFRP）是一种新兴的高强材料，最早应用于航空航天等高

科技领域.近年来在土木工程领域中的研究与应用得到了迅速发展.较之传统的结构加固方

法,碳纤维加固技术是•种新型高效的加固修复技术,它具有高强,高效,施工便捷，使用面广

等优点.碳纤维加固技术是利用改性环氧树脂类胶结材料将碳纤维片材粘贴于混凝土表面，

从而达到结构补强及改善受力性能的目的.此项技术在美国，日本等发达国家已成熟运用，在

20世纪90年代后期国内才开始碳纤维加固技术的研究与应用，虽取得了一定的成果，但至

今尚未形成系统的理论.1,工程概况随着通信事'业的迅速发展,各地通信公司相继增设了一

批通信机房.因通信设备荷载较大,一般民用建筑达不到使用要求.为确保使用安全,需对原

建筑进行结构验算,结构加固等工作.某通信公司传输机房位于一办公楼三层楼面上,机房使

用活载（6.OKN/m）超过原办公楼使用活载2.5KN/m.原楼面结构为主次梁现浇板体系（混凝

土强度等级C40,板受力筋为I级钢筋，梁受力筋为H级钢筋）.结构验算表明，楼板无需加

固，而主次梁正截面需进行加固.经过方案论证和经济技术可行性比较，并征得业主的同意，

决定采用碳纤维复合材料进行加固.加固平面如图1所示.

22

图1机房加固平面

2,材料特性⑴本工程使用了日本进口的碳纤维布（ST200）,其主要性能指标见表1.

表1型号ST200单位面积质量（gem）200

-2

碳纤维布主要性能指标设计厚度mm0.Ill设计抗拉强度弹性模量Ecf/MPa2.3X

10

5

fef/MPa

3400

⑵粘贴用树脂采用国产JGN型建筑结构胶，其主要性能指标见表2

表2种类基底树脂（JGN-E）修补树脂（JGN-F）粘结树脂（JGN-D）拉伸强度

MPa>28>28JGN型建筑结构胶主要性能指标剪切强度MPa>18>18适用温度℃0〜380〜

380~38可使用时间min15~30>40>605MPa>50>50压缩强度

3,加固设计3.1基本假定用碳纤维材料加固后混凝土梁的极限承载力计算与普通混凝

土梁有所不同，其基本假定为：(1)受拉区混凝土的作用忽略不计；(2)梁受弯后,混凝土，钢

筋及碳纤维应变符合平截面假定；(3)碳纤维材料采用线弹性应力-应变关系：。cf=EcfXe

cf.因本工程建成后未经装修使用，加固设计时忽略碳纤维二次受力的影响.3.2设计方法

3.2.1实用公式根据极限状态应力应变关系(图2),由平衡条件可得：当x22a'时，

fcmbx+fy'As'=fyAs+。cfAcfMuWocfAcf(h-x/2)+fyAs(hO-x/2)-fy'As'(x/2-as')

当x<2a'时，fcmbx+fy'As'=fyAs+ocfAcfMuWocfAcf(h-as')+fyAs(hO-as')(2)(1)

图2

截面极限状态应力示意图

3.2.2规程公式根据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》的规定，当混凝土受

压区高度xWgcfbh时,其极限弯矩：MuWfyAs(hO-0.5gUfbh)+Ecf[ecf]Acf(l-0.5

Ufb)其中，界限相对受压区高度：^cfb=0.8ecu/(ecu+[ecf])3.3次梁加固设计次

梁截面：bXh=400mmX500mm,As=As'=1018mm2截面弯矩:Mu=242Knm3.3,1按实用公式计算

首先估算混凝土受压区高度XQ12mm<2as'根据公式(2),解得：Acf=53.1mm

6

2

(3)

3.3.2按规程公式计算界限相对高度:€cfb=0.8X0.003/(0.0033+0.01)=0.1985x

s»12inm<cfbh=89.3mm根据公式(3)，解得：Acf=51.7mm

2

3.3.3设计结论两种计算结果相比较，其误差[6=(53.1-51.7)/53.1=2.64%]在工程设

计误差许可范围之内.采取在梁底粘贴300nim宽碳纤维布两层(Acf=66.6mm)，可满足设计

和使用要求.3.4主梁加固设计主梁截面：bXh=500mmX550mm,As=2233mm,As'=1960mm极

限弯矩：Mu=450Knm3.4.1按实用公计算首先估算混凝土受压区高度：x々29.5mm<2as'根

据公式(2),解得：Acf=112.2按规程公式计算界限相对受压区高度：&cfb=0.1985

x^29.5mm<€cfbh=89.3mm根据公式(3),解得：3.4.3设计结论两种计算结果相比较，其

误差［6=(112.1-109.3)/112.1=2.5%］在工程设计误差许可范围之内.采取在梁底粘贴

400mm宽碳纤维布3层(Acf=133.2mm),可满足设计和使用要求.3.5构造做法为了加强

梁底碳纤维布的锚固及增加梁的抗剪能力，在梁端每侧粘贴100mm宽U型箍3道,在主次

梁相交处每侧粘贴100mm宽U型箍两道,具体做法如图3所示.

22222

Acf=109.3mm

2

图3梁加固示意1-柱边3个U型箍，宽100mm,间距100mm;2-次梁每侧2个U型

箍，宽100mm,间距100mm;3-碳纤维3层7

4,加固施工4.1施工准备粘贴碳纤维加固工艺，施工质量至关重要，直接关系到加固效

果的好坏.为确保工程质量,工程开工前对每个施工环节,环境因素,人员素质进行了细致周

密的考虑，对施工现场进行了清理.4.2施工步骤⑴清除加固梁底及U型箍处吊筋等障碍

物.⑵用砂轮机将粘贴部位打磨平整,U型箍转角处打磨成R>20mm的圆弧状，用吹风机清

除浮尘并刷丙酮去脂.⑶涂刷基底树脂(JGN-E)使其渗透至混凝土内部，以提高混凝土与碳

纤维之间的粘结力.⑷用整平材料补树脂(JGN-F)修复，填补不平整部位.⑸涂刷粘结树脂

(JGN-D),随即开始粘贴碳纤维布，多层粘贴时重复步骤(5).⑹粘贴完最后一层碳纤维布后

再涂刷一道粘结树脂(JGN-D).4.3施工要点因为通迅公司传输房属城市生命线工程中的重

点部位，加之本工程加固工作量大，在施工中特别注意以下几点：⑴混凝土与碳纤维布之间

界面处理和好坏直接影晌到混凝土梁的加固效果.因此梁底面及U型箍处必须反复打磨平

整,去除混凝土劣化部位，凹陷,缺陷处用修补胶找平.⑵粘贴碳纤维布时必须两人密切配合，

一人拉紧碳纤维布,一人用刮板从一侧边刮边贴，保证不留气泡,粘贴紧密.实践证明，刮板粘

贴碳纤维布效果很好,碳纤维布空鼓率基本为零.⑶注意搭接区粘贴，做好标记,保证搭接长

度》150mm.经现场锤测及邵氏硬度计测试，施工质量达到优良，取得了良好的加固效果.5,

结语工程实践证明,CFRP加固技术对于混凝土结构及构件的补强加固效果十分理想,在基本

不增大梁的截面尺寸及自重的前提下,该技术在施工工期,材料耐久性,施工质量等方面均达

到了业主的要求,其综合经济效益和社会效益良好,具有较大的推广使用价值.

参考文献12滕智明.钢筋混凝土基本构件（第二版），北京:清华大学出版社，1998中国

工程建设标准化协会标准《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（征求意见稿）》2000

8

南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计南方某宾馆混凝土框架梁抗剪加固设计杨建中

熊光晶刘金伟谢慧才刘金华1,工程概况南方某宾馆是由某政府办公楼改变使用功能而

成的商业服务楼.该建筑为6层全现浇钢筋混凝土框架结构,局部7层.建筑面积7000m,

于1993年建成，平面见图1.目前的使用情况为：1〜2层为餐饮,3〜4层为桑拿，5~6层

为卡拉OK歌舞厅.2000年6月的质量检查中发现部分框架梁梁端存在明显斜裂缝，在

造成安全隐患.

2

图1

结构平面E-F轴梁尺寸为250mmX900mm

D-E轴梁尺寸为250mmX600mm

2,房屋的非破损检测及评定结论在2000年6月的检测基础上，于2001年4月再次

时房屋外观和框架梁进行普检.2.1检测结果房屋外观质量良好，框架填充墙表面均未发现

斜裂缝.采用超声-回弹综合法进行框架梁混凝土强度检测，再采用取芯法进行修正从而确定

混凝土强度值.检测结果表明，混凝土强度均大于22Mpa.经普检，发现在第2,4,6层中有

16根梁，共25个梁端出现斜裂缝，斜裂缝的倾斜角度较大（普遍大于45°），裂缝宽度为

0.1~0.3mm.斜裂缝范围内箍筋间距基本满足设计要求,对梁的抗剪承载力进行计算，也均满

足设计要求.2.2裂缝成因分析和可靠性鉴定结论由于建筑物外观良好，框架填充墙表面均

未发现斜裂缝,梁端斜裂缝隔层出现，由此估计斜裂缝不是由于基础不均匀沉降造成的，又因

为存在梁端斜裂缝的梁的箍筋间距和计算承载力均满足设计要求（GB50292-1999）'P4.2.5

条规定，把出现梁端斜裂缝的16根梁评级为du级，应对之进行抗剪加固.3,混凝土梁的抗

剪加固3.1基本设计参数由加固平面图和构件尺寸可知,D-F轴跨截面尺寸：250nlmX

600mm;E-F跨梁截面尺寸：250mm义900mm,各梁的剪跨比均大于3,取入=3.

9

[1]

根据检测结果可知：混凝土强度均大于22MPa,取C22;箍筋为屈服强度为210

Mpa,箍筋间距按检测结果平均值计算.碳纤维布材料参数：厚度tcf=0.11mm,宽度

wcf=200mm,Ecf=2.1X10MPa,极限应变ecuf=l.5%.3.2竖直粘贴加固设计按我国在编规程

[2]5

中4.4规定,采取双L型片材U型竖直粘贴的加固方式.计算公式为：（1）

VbWVb,rc+Vb,cf

Vb,cf=@

23

2ncfwcftcfecf,vEcfhcf(scf+wcf)

⑵

ecf,v=（0.2+0.12入）ecfu

（3）

[3]

式中,Vb为梁的剪力设计值;Vb,rc为未加固钢筋混凝土梁的受剪承载力，按现行国家规

范的规定

计算；

Vbcf为碳纤维片材承担的剪力；ecf,v为达到受剪承载力极限状态时碳纤维片材的应

变；。为碳纤维片材受剪加固形式系数,对封闭粘贴取。口.。，对⑪型粘贴取*=0.85,

对侧面粘贴取*=0.70;人为剪跨比.应该指此上述公式

[2]

是国内外部分研究者和设计指南编写组通过碳纤维片材对混凝土简支梁进行

抗剪加固的试验研究建立起来的.而连续梁的抗剪破坏发展方式与简支梁有显著区别，见

图2.

图2

简支梁连续梁粘贴有效长度对比

（a）-U型粘贴；（b）-简支梁；（c）-连续梁；（d）-侧面粘贴；（e）-简支梁

简支梁（如图2b）在正弯矩作用下梁顶受压梁底受拉，临界斜裂缝在梁底面a处最宽，梁

上部b处最小.而连续梁端的破坏发展形式相反（如图示2c）,由于负弯矩的存在,梁底受

压而梁顶受拉，临界斜裂缝在梁顶面b处最宽，梁下部a处最小.就抑制斜裂缝开展而言，

在简支梁中的A-D范围粘贴效果最佳，而在C〜F范围粘贴加固作用最小.这是因为简支

梁中加固效果最好的A〜D范围的粘结锚固长度最大（见图2b中的阴影部分），这样便充

分发挥了u形粘贴方式的优势.而抑制连续梁斜裂缝开展的最佳部位是图

10

2c中的C〜F范围，但必须指出在此范围内U形布的有效锚固长度恰好最短（见图2c

阴影部分），故加固效果很小.在B〜E范围粘贴，对此两种梁的加固效果则相似.可见U形

粘贴的加固效果对于连续梁而言只相当于侧面粘贴（见图2c和图2e）.所以对于连续梁,U

形粘贴应按侧面粘贴来考虑，取*=0.70.

表1梁高加固位置h/mm三层5-E-F三层6-E-F三层8-E-F三层9-E-F三层

9-E-F五层4-E-F五层5-E-F五层5-E-F五层6-E-F五层6-E-F五层9-E-F天面

4-E-F天面4-E-D天面5-E-F天面6-E-F天面6-D-E天面7-D-E天面7-E-F天面

8-E-F天面8-E-F天面8-D-E天面8-D-E天面9-E-F天面9-E-F天面9-D-EE端E端

E端E端F端E端E端F端E端F端F端E端D端E端F端E端E端F端E端F端E

端D端E端F端E端900900900900900900900900900900900900600900900600

600900900900600600900900600@/mm110125120185117200154154119120200

200131123121200200114109167109148116103200Vbr,c/10N3.1682.9162.993

2.3173.0422.2242.5682.5683.0092.9932.2242.2241.8672.9462.9771.4611.461

3.0943.1872.4522.0941.7283.0593.3111.461

5

加固前抗剪承载力Vb,rc和加固后抗剪承载力的提高百分比箍筋间距加固前承载力

纤维承载力Vb,cf/10N1.451.451.451.451.451.451.451.451.451.451.451.45

0.9061.451.450.9060.9061.451.451.450.9060.9061.451.450.906

5

水平宽度io/mm800120010001000800100010001000100080010006008001000

800160060080080080014006008008001200

承载力共提高%45.7749.7248.4562.5862.5865.2156.4656.4648.1848.4565.21

65.2148.5349.2248.7062.0062.0046.8645.4959.1443.2652.4447.3943.8062.00

还应指此规程推荐公式在两处局限,在实际工程应用中容易让人产生如下误解：(1)式

中hcf表示FRP抗剪承载力随梁高增高(粘结长度增加)而增加，但实际上如果粘结长度已

经足够长,FRP脱胶时的应力水平不会随着粘贴长度的增加而增加；(2)式中(scf+wcf)表示

只要纤维宽度和间距之和一定，承载力与粘贴纤维片数量多少无关(如图2c中，若以相同的

间距(scf+wcf)分别粘贴两片与三片的承载力计算

11

结果一样).可见容易造成误导.建议将公式⑵修正为下式：Vb,cf=26icfncfwcftcf

ecf,vEcf(icf^hcf/(wcf+scf))式中，icf为与剪切裂缝相交的有效粘贴的纤维片材的片

数.本工程中按竖直U形方式粘贴一层碳纤维布,为了保证足够的抗剪承载力，取碳纤维片

材条带净间距scf=0,其承担的剪力为Vb.cf.E-F跨梁：hcf=800mm,入=3.0,则

Vb,cf=l.45X10ND-E跨梁:hcf=500mm,入=3.0,则Vb,cf=0.906X10N3.3加固前抗剪

承载力Vb,rc和加固后抗剪承载力的提高百分比加固前抗剪承载力Vb,rc按如下规范公

式计算.计算结果见表1.

[6]55

(4)

Vb,rc=

A0.2fcbho+1.25fyvsvho入+1.5s

(5)

根据裂缝情况确定各梁端竖直粘贴碳纤维片材总宽度i。(如图2c),为保证有足够的竖

直碳纤维布与.最后在纤维上端贴上压条,使斜裂缝末端处有纵横纤维作用，以应对斜裂缝

相交，取IoNhcf(见表1)该处的复杂应力状态.可见,粘贴碳纤维布使梁的抗剪承载力提

高了43%〜62%.4,结语连续梁抗剪工作机理与简支梁不同,建议将连续U形粘贴抗剪加固

形式按侧面粘贴形式考虑，以保证加固设计的可靠性.

参考文献123GB50292-1999民用建筑可靠性鉴定标准

中国工程建设标准化协会标准《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程(征求意见稿)》

2000GBJ10-89混凝土结构设计规范

12

碳纤维复合材料(CFRP)加固技术在南京新街口百货商店改造工程中的应用碳纤维复合

材料(CFRP)加固技术在南京新街口百货商店改造工程中的应用(CFRP)陈朝晖李方政1,前

言碳纤维复合材料(CarbonFiberReinforcePlastic)加固修复混凝土结构技术是将碳纤维

这种高性能纤维材料应用于土木工程,利用与其相配套的树脂类粘结剂(建筑结构胶)将碳纤

维粘贴到结构或构件需要加固的部位表面，形成复合材料体(CFRP),通过其与结构或构件的

协同工作,来提高结构或构件的承载力和延性的一种新型加固工法.该工法与传统的结构加

固技术相比，以其轻质高强,耐腐蚀性和耐久性强,施工便捷,结结构影响较小等优点,广泛应

用于国内外结构加固改造工程中.2,加固方案设计依据碳纤维材料加固混凝土构件，通常有

以下几种方式:①沿构件主轴方向粘贴碳纤维，以提高构件正截面的抗弯能力;②沿与构件主

轴垂直方向粘贴碳纤维，由碳纤维与原有箍筋共同分担剪力以提高构件的抗剪承载力;③沿

与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维以改善加固部位的延性，提高其抗震性能.目前在国内工程

中应用最多的是第一种方式，即加固修复提高梁板正截面承载能力，使之满足使用功能要求.

南京新街口百货商店一期改造工程中，经过现场勘察和设计计算，发现结构第1层，第2层

和第5层由于使用功能的改变，局部梁抗弯承载力无法满足使用要求，经方案比较，采用在梁

底通长方向粘贴碳纤维布，梁端附加碳纤维布条制成U字箍，既对梁底碳纤维布有较好的锚

固作用，也提高了梁端部的抗剪承载力.局部改造平面如图1所示.

图1

南京新百一期改造平面（一层局部）

1-L003,300X700mm（已有，要加固）；2-L004,300X700inm（已有，要加固）；3-300X

800mm（已有，要加固）；4-原有大楼已竣工部分;5-圆筒部分不变

3,工程简化计算方法3.1简化计算假定根据平截面假定,碳纤维的应变略大于钢筋应

变,为简化计算,可以近似认为碳纤维的拉应变等于钢筋拉应变,这种简化是偏于安全的.按

受力相等的原则，可以将碳纤维布的面积转化为等效钢筋面积，即：Asefy=Acfsfcfs（1）式

中,Acfs,fcfs,Ase和fy分别代表碳纤维布的面积，抗拉强度等效的钢筋面积和钢筋的抗拉

强度；为碳纤维布的强度折减系数.在工程应用中，对碳纤维的应变要加以限制也即控制碳纤

维的实际拉应力，

13

建议取=2/3.碳纤维布的面积Acfs取其净面积，即：Acfs=tcfsBcfsnP（2）

式中，tcfs,Bcfs,n分别为碳纤维布的计算厚度（mm）,幅宽（mm）和加固梁中碳纤维布的

粘贴层数；B为碳纤维布的粘贴层数的折减系数,因为粘贴层数越多,层间共同协调工作程度

降低，仅粘贴一层时取B=1.文献［1］给出了粘贴层数多于一层时的B取值.3.2施工参数设

计在做碳纤维布加固受弯构件正截面承载力设计时,分别根据不同的截面类型,按照钢筋混

凝土结构受弯构件的正截面承载力设计公式，由外荷载的增加计算出所需补充受拉钢筋的

面积.然后按式（1）式，（2）设计碳纤维布布的布置参数.3.3等效配筋率的校核碳纤维

布的施工参数设计完后,还要满足截面等效配筋率的要求.P<Pss,max（3）

式中P——等效配筋率；Pss,max——等效最大配筋率，

p

Ass0.8fc3300h;Pss,max=bXhohofy3300+[scf]

式中b,h,ho——截面宽度，高度和有效高度；fy——钢筋的抗拉强度；

(4)

Ass——构件中原配受拉纵筋面积(As)与粘贴碳纤维布的等效钢筋面积(Ase)的总和，即

Ass=As+Ase;[ecf]碳纤维布的允许拉应变，[ecf]=2eu,cfs/3,eu,cfs为碳

纤维布的极限拉应变.4,碳纤维复合材料的选择加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要

有两种:碳纤维与配套树脂粘贴剂.碳纤维是高强度高弹性模量材料，强度是钢材的十几倍.

建筑粘结剂种类繁多，选择与某种碳纤维布相容性好的粘结剂是关键.与•碳纤维相配套的树

脂粘结剂一般由4部分组成.即底层粘结剂,找平材料,浸渍树脂和防护材料.底层粘结剂必

须能渗透进混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；找平材料用来修补结构表面

的平整度，以便使用片材;浸渍树脂用以浸渍碳纤维片材在混凝土表面形成原位层板；防护材

料用以保护碳纤维片材免受外界条件的影响，延长其使用寿命.树脂粘结剂的粘结强度应

大于混凝土的拉伸剪切强度，且具有适宜的工作粘度，以便于施工操作.经过多方面分析比

较，选用德国EP0300碳纤维布,与其配套的粘结剂选用北京中煤矿山工程有限公司研制的

JCT-6型碳纤维专用胶,其主要力学性能指标如表1,表2所列.

表1计算厚度(mm)0.16714抗拉强度MPa3550碳纤维布(德国EP0300)的性能指标

弹性模量MPa2.35X10

5

单纤维断裂伸长率%20.00

单纤维直径10m5.3

-6

表2抗压强度MPa81抗拉强度MPa31(7d)

粘结剂(JCT-6型)的性能指标正拉粘结强度MPa16(7d)拉剪粘结强度MPa13(7d)

5,本工程施工参数的设计以本工程一层2号梁为例，梁长L=7.74m,原配受拉筋3625

«(1472mm)，受压筋2e22nnn(760mm).由于营业面积的增加，使该梁线荷载增加至

45KN/m,以双筋正截面承载力计算，所缺受拉钢筋面积为271mm,由式(1)取fcfs=3550MPa,

则粘贴等效碳纤维布的面积Acfs=35mm.施工时采用德国EP0300碳纤维布，单层厚度为

0.167皿,幅宽为梁底宽300m叫粘贴一层(面积57.8师)，即满足抗拉要求.等效配筋率

P=0.54%,等效最大配筋率Ps,max=0.74%,即加固后属适筋梁.另外，端部设4道U字箍为

构造锚固措施.梁加固方式如图2所示.

22222

图2

梁加固方式示意图

(a)-立面；(b)-剖面1梁底粘贴碳纤维布一层;2-梁端部U字箍

6,施工工艺6.1碳纤维复合材料加固混凝土结构施工工艺流程混凝土结构表面处理f

配制并涂刷底层粘结剂一面层找平处理一粘贴树脂的配制并侵润碳纤维布一粘贴碳纤维布

一表面防护.6.2施工要点①混凝土表面的处理程度直接影响加固效果.表面要打磨平整直

至露出新面，涂底层粘结剂前，再用丙酮清洗一遍.②碳纤维布一定要用粘贴树脂浸润透，尽

可能让粘结剂充分渗入碳纤维单丝之间的空隙中,提高各单丝之间的共同工作性能.③浸润

后的碳纤维布用手轻压贴于需要的位置,用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两

边溢出，保证碳纤维布与结构之间密实无空洞,或者有效粘贴面积不小于95%.④碳纤维片材

沿其纤维方向折直角会导致应力集中，影响其强度发挥.施工时将角部磨成圆角，可减缓应力

集中，碳纤维布的强度基本不受影响.7,施工效果本工程自2001年4月竣工，投入正常使

用近1年，没有出现任何质量问题，施工效果良好.

参考文献12赵彤,谢剑著.碳纤维布补强加固混凝土结构新技术.天津.天津大学出版

社,2000中国工程建设标准化协会标准《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程(征求意见

稿)》200015

钢筋混凝土框架梁粘碳纤维加固现场加载试验徐德新刘小明余震徐芸王刚1,工程

概况由于功能的改变，某国税局住宅楼部分钢筋混凝土框架荷载增加，原有截面及配筋不满

足要求,为满足结构功能要求,需进行补强加固.经分析认为,采用碳纤维(CFRP)加固比较合

理,采用碳纤维加固梁,板及柱,武汉大学及武汉长江建筑工程技术有限责任公司已进行了大

量的试验研究，并已成功地应用于工程实际加固中，如广西工学院学生礼堂屋面板加固,湖北

工学院体育馆的加固等.但由于该种新材料的研究及应用尚处于起步阶段,相应的技术规程

尚未颁布实施，又因本次是对整栋大楼的加固，为进一步分析研究碳纤维加固后的性能，确保

加固后结的可能性，我们对该楼中的两梁进行了粘贴碳纤维加固，并按设计院提供的荷载进

行了现场加载试验研究.2,试验材料用于结构加固修补的碳纤维材料强度为普通建筑用钢

的10倍左右，弹性模具与建筑用钢板在同一水平上并略有提高，是一种很好的结构加固修

补材料.实际加固修补用面碳纤维材料为碳纤维织物,并有各种不同型号与尺寸.本次试验用

CFRP及粘贴结构胶YZJ,其性能见表1,表2.

表1抗拉强度设计值MPa3550弹性模量MPa2.4X105表2抗拉强度MPa30〜35抗

剪强度MPa24〜30结构加固修补用碳纤维材料L300-C主要性能指标延伸率％2.0密度

(kg'm-3)1790耐腐蚀性优浸透性良好均匀度良好

粘贴CFRP用长江牌(YZJ)建筑结构胶力学性能与混凝土粘贴强度MPa2.2适用温

度℃-40〜+70弹性模具GPa5〜6

3,计算分析采用碳纤维加固梁极限承载力的计算与普通混凝上梁有所不同.基本假定为:

⑴梁受弯后,混凝土，钢筋及碳纤维应变符合平截面假定;⑵混凝上,钢筋的应力-应变关系按

现行国家规范取用；⑶不考虑受拉区混凝土的作用;⑷碳纤维材料的拉应力取碳纤维材料弹

性模量与其拉应变的乘积，即。f=Efefo根据上述假定，截面分布见图1,由平衡条件可得：

fcmbx=fAs+ffAfM=n1n2ffAf(h-x/2)+fAs(ho-x/2)(1)(2)

其中，n1为碳纤维材料强度折减系数，根据我们对9根混凝土梁粘贴碳纤维试验，可

偏于安全取n1=0.6〜0.8；n2为碳纤维材料与原有钢筋的共同工作系数，加固构件属于二

次受力结构,若原结构受力太大,碳纤维材料就不易达到强度设计值.为使碳纤维材料尽早地

参加工作,故在实际工程加固时应尽可能地卸载,否则,在设计时应根据具体情况乘以共同工

作系数n2,n2可取0.8〜1.0.本次加固前，已将大部分楼面板打掉.按上述公式计算，为

满足设计要求,KL307梁需粘一层碳纤维,L302梁需粘二层碳纤维，其尺寸每层为0.167mm

X200mmx3200mm.4,现场加载试验

16

4.1检测内容根据设计院设计的加固图纸，对该住宅楼中的两根框架梁进行现场加载

试验，加载的两根梁名称为:①8轴C-F轴跨KL307梁;②E轴2〜4轴跨L302梁，加

载示意见图2.在对框架梁粘贴碳纤维后,主要就以下内容进行测试：⑴在荷载作用下混凝

土，碳纤维的应变；⑵在标准荷载作用下的挠度；⑶在标准荷载作用下混凝土梁裂缝的开展

情况；⑷在标准荷载作用下梁受压区高度的变化情况.试验梁分5级加载，由于荷载较大，

采用千斤顶及砂袋加载.4.2应变片的位置在试验梁最大弯矩处顶，底，侧面及碳纤维表面

分别粘贴应变片，见图2.安装千分表或百分表,实测在各级荷载作用下的挠度,应变,并观察

裂缝发展情况等.

图2

KL307,L302梁加载及测点布置示意图(KL307梁的10号测点为受拉主筋)

粘贴碳纤维时，必须将混凝土表面打磨平整，清理干净;转角粘贴处（如u形箍）应打磨成

圆弧状，以保证碳纤维布与混凝土有良好的粘结.现场裁剪碳纤维布,分段粘贴时搭接长度不

小于100mm,粘贴时用辐子滚压，挤出气泡.CFRP加固修补混凝土结构施工工艺与步骤见图

3.

图4

KL307梁截面应变实测值

图5

L302梁截面应变实测值

1-标准荷载,2-设计荷载

1-标准荷载,2-设计荷载

5,试验结果及分析5.1截面沿梁高的应变分析试验过程证明，碳纤维片材与梁底混凝

土未出现分离现象，由KL307梁实测应变（表3）及平均应变分布（图4）,L302梁实测应变

（表4）及平均应变分布（表5）表明，碳纤维片材加固后的梁，其平均应变的分布可以认为符

合平截面假定.

17

5.2挠度分析KL307梁,L302梁在加载过程中跨中荷载与挠度曲线见图6,在达到标准

荷载时,实际挠度远远小于容许挠度,基本处于弹性状态,试验证明，未粘碳纤维梁与粘碳纤

维梁相比,粘贴碳纤维的梁钢度增加，挠度减小.

（准备工作）临时设施工程（脚手架等）（铺贴碳纤维工作）绘制碳纤维布的设计图

剪切碳纤维布

（基层处理工作）修补裂缝去除损伤劣化混凝土表面打平，将转角打成圆弧状

铺贴基准放线

确认基底结构胶面状态

当多层铺设时

搅拌浸渍结构胶

（涂敷基底结构胶工作）

确认混凝土表面状态搅拌,涂敷基底结构胶，利用腻子整平结构表面

涂浸结构胶

铺贴碳纤维布

表面涂浸渍结构胶

图3

CFRP加固修补混凝土结构施工工艺与步骤

表3荷载/KNPl=12,P2=50Pl=42,P2=107Pl=72,P2=164Pl=84,P2=187Pl=96,P2=210

Pl=116,P2=2241-58-116-209-260-316-3642-46-109-184-239-282-3303-36

-79-150-190-226-261

KL307梁截面应变实测值测点4-15-49-87-93-113-13150-22-25-29-28-28

6192350617281726609713015117085258131163218267

10

-6

93947109129179227

104551116141190241

114970118146173199

1276117216286363432

注：10号测点为受拉主筋

18

表4荷载/KNPl=14,P2=5P1=33,P2=15Pl=52,P2=25Pl=71,P2=35Pl=90,P2=451-37

-81-142-175-2162-34-73-129-171-211

L302梁截面应变实测值测点3-28-62-99-132-1624-18-36-59-76-925-2

-4-8-8-8641930495471942629099

10

8

-6

92468120157175

103396160240289

2774120170193

图6荷载-挠度曲线1-加载曲线,2-卸载曲线

5.3裂缝分析根据《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）对未加固梁KL307进行了裂缝

宽度的计算,计算结果为裂缝宽度达0.096mm.但对KL307梁在加载至标准值时，对梁截面

下部进行了细致地观察和寻找,并没有发现裂缝,说明粘贴碳纤维后，延缓了梁的裂缝开展，

或者说减小了裂缝宽度.5.4受压区变化分析由KL307梁的实测荷载和应变值（表3）可见,

加荷前及加第一级荷载后，截面高度"2（5号测点）处应变值为零，但从加第二级荷载后，载

面高度1/2处应变值由零变为负值.受压区高度增加，这说明随着荷载的增加，碳纤维受力

截面中和轴下移.随着荷载的增加，截面高度1/2处应变值基本稳定在-30X-610左右，说

明碳纤维与混凝土梁完全共同工作,结构胶粘结可靠.试验证明，在短期荷载作用下，碳纤维

片材的粘贴仅满足弯矩图的要求，并没有出现碳纤维片材与混凝土分离的现象，但考虑荷载

的长期效应,建议在大面积粘贴碳纤维用于梁,板的受弯加固时,碳纤维片材宜延伸至支座边

缘.6,结论⑴使用碳纤维片材提高钢筋混凝土受弯构件承载力的补强加固方法是有效的.粘

贴碳纤维片材后，试验梁的受弯承载力明显提高.碳纤维片材加固混凝土梁计算方法是可靠

的,安全的，能满足工程设计的要求.⑵碳纤维片材补强加固钢筋混凝土梁时,截面的平均应

变仍然符合平截面假定.⑶在混凝土梁底粘贴碳纤维片材后，构件的刚度增大,挠度减小,试

验加载表明，混凝土梁加载达到标准值时,实测挠度远远小于容许挠度.⑷采用碳纤维片材

加固的梁,混凝土梁裂缝出现较晚,在标准荷载作用下,裂缝宽度减小,甚至不出现裂缝.

参考文献12丘清瑞，陈小兵,牟宏远.碳纤维材料(CFRP)加固修补混凝土结构新技术.

工业建筑,1998,28(11):1~5王传志等主编.钢筋混凝土结构理论.北京:中国：中国建设出

版社，1985.272-280'

19

碳纤维材料在某公共建筑抗震加固中的应用张轲肖国平于虹1,结构的鉴定分析某

公共建筑使用功能为教学楼，建于I960年,主体为4层双排柱内框架结构，内框柱采用独立

基础，基础埋深-3.2m,建筑高度20.4m,局部区域为4层砖砌体结构，建筑面积8267H12,平

面布置如图1所示.该建筑物由于建造时间较早，设计时未考虑抗震设防.内框架节点区梁，

柱端部箍筋未加密，为使建筑物具有足够的抗震能力，按照《建筑抗震鉴定标准》(GB0023-95)

对该楼进行抗震鉴定，结论表明，内框架梁柱节点区因箍筋直径及间距设置不满足要求必须

进行抗震加固.

图1

结构平面示意图

2,抗震加固方案的确定框架结构梁柱节点区由于受力复杂,规范中为保证“强节点,弱构

件〃的设计原则,通常采取在柱端和梁端一定区域箍筋加密的原则，防止节点区的脆性破坏，

增强结构的抗震性能.本工程由于工期，资金和建筑功能的要求,对加固方案提出了很多限制,

传统的抗震加固方案难以实施.在此基础上,我们通过制定各种合理方案，比较各方案的优缺

点,从而确定最佳方案.2.1方案1——粘钢加固法粘钢加固法是目前国内应用较普遍的传

统的加固方法，但由于在粘结胶和钢板的交接面处容易发生锈蚀,从而削弱粘结强度，因而影

响加固效果.2.2方案2——粘碳纤维加固法碳纤维复合材料（CFRP）加固修复混凝土结构

技术是20世纪80年代末90年代初在美，日等发达国家兴起的一项新型结构加固技术，

与粘钢法相比,这种方法没有界面粘结强度的削弱问题,碳纤维加固法以其材料优越的力学

性能（图2）,简便的施工工艺（图3）在土木工程加固改造中得到了越来越广泛的应用.该项

技术与传统的加固方法相比有许多明显的优点,如高强高效,施工便捷,