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碳纖維復合材料(簡稱CFRP)加固修復技術是近年來在發達國家興起的一項新型加固技術，該項技術是將碳素纖維這種高性能纖維應用于土木工程，利用樹脂類材料把碳纖維粘貼于結構或構件表面, 形成復合材料體，通過其與結構或構件的協同工作，提高結構構件的(抗彎、抗剪)承載能力，達到CFRP對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。碳纖維材料具有高強度、高彈性模量，加固修復混凝土量輕及耐腐蝕性好等特點。

加固修復結構所用碳纖維材料主要有碳纖維與配套樹脂2種。其中碳纖維重量輕，厚度薄，比重為鋼的 1/4，單位面積重量約為鋼板的 1/100，抗拉強度約為鋼材的 10倍，厚度約為 0.1～0.2mm，而彈性模量與鋼材相當，某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的2倍以上，具有良好的耐久性及耐腐蝕性能，耐、堿、及大氣環境的腐蝕，與混凝土有效接觸面積達 80%以上。且施工性能與耐久性良好, 是一種很好的加固修復材料。配套樹脂包括底層樹脂、整平材料及粘貼樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體，并且共同工作。提高結構構件的抗彎、抗剪承載能力，達到對結構構件進行加固、補強的目的。

1 碳纖維加固的歷史與現狀

碳纖維在土木工程中的應用是在 80 年代以后開始的，1983 年日本三菱化學公司的谷木謙介先生率先開始碳纖維力學性能及在工程加固應用方面的研究工作，首先采用碳纖維對煙囪進行加固，獲得成功，并逐步用于舊結構物和新建結構物的加固中，為碳纖維的應用開辟了一條新的途徑。隨后該項技術逐步推廣到美國、德國、加拿大等發達國家，其中以混凝土結構物維修加固實例很多。1997 年，我國引入了這項新技術后，立刻引起了工程界的關注，在房屋和橋梁的修復加固中大量地采用了這項新技術并掀起了研究和應用高潮，目前雖然取得一定的成果，但至今尚未形成系統的理論。隨著 CFRP的引入和應用，我國成立了碳纖維專業委員會，很多高校、科研院所的科研人員開始了對 CFRPS 加固技術的研究，對 CFRP 的材料性能、設計計算方法已有了一定的認識。2003 年 中國碳纖維專業委員會正式出臺了《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》。

2 碳纖維的加固原理

貼碳纖維加固法之所以較大限度的提高構件的強度，關鍵在于它神秘的科學原理。迄今為止，世界上還沒有人能完全地將其原理闡述出來。但是國內外學者大都認為碳纖維抗剪加固時的作用類似箍筋在對混凝土梁抗剪加固中，碳纖維的作用雖然類似于箍筋，但由于其本身和混凝土梁的錨固不同于箍筋。碳纖維的破壞形態與箍筋相比，多了一個粘結破壞。對于同一根梁來說，如果采用 U形錨固，在梁破壞時，靠近支座處的斜裂縫在梁底部，該處碳纖維布有較大的錨固長度，所以往往發生碳纖維被拉斷破壞；而靠近加載點處的斜裂縫在梁頂部通過，該處碳纖維錨固長度很短，所以往往發生粘結破壞。從工程和設計的角度來講，是不希望出現粘結破壞的，為了避免粘結破壞產生，往往通過一些構造措施來避免。除此“ 箍筋”觀點之外，有一些學者持有其它不同觀點。如“ 桁架-拱模型模型”原理，它則認為鋼筋混凝土受剪傳力機制同時也存在“ 桁架”作用和“ 拱”作用。

3 碳纖維加固設計依據及原則

3.1 梁、板結構補強

碳纖維材料加固混凝土梁板結構構件有以下幾種方式: 1沿構件的主軸方向粘貼碳纖維, 以提高構件的抗彎能力；2沿構件主軸垂直方向粘貼碳纖維，由碳纖維與箍筋共同分擔剪力以提高構件的抗剪承載力。

3.1.1 碳纖維加固鋼筋混凝土抗彎構件

梁、板是建筑工程中的典型受彎構件。鋼筋混凝土受彎構件的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構件受拉區，即梁板跨中的下部以及連續板、連續梁、懸臂板等支座處的上部，沿受力筋方向粘貼，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構件收拉區混凝土開裂前，碳纖維的應變很?。辉诨炷灵_裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發揮加快作用，應變增長迅速加快,其高強高效的性能得以充分體現。

3.1.2 碳纖維加固鋼筋混凝土抗剪構件

鋼筋混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構件的受剪區，這里碳纖維的作用類似箍筋。補強位置通常在梁端部、主拉應力較大的區域和有次梁或集中荷載作用處。補強時在梁的兩側面豎向粘貼碳纖維片材，或與梁底形成形環包，這相當于增加抗剪箍筋以分擔原箍筋的剪力。在構件屈服前，碳纖維的應變發展緩慢，所達到的很大應變值也較小；在構件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發展緩慢。

3.2 柱的補強

3.2.1 碳纖維對柱的抗彎加固

偏心受壓柱在受拉彎的側面沿柱軸縱向粘貼碳纖維片材，可有效補強。

3.2.2 碳纖維對柱的抗壓加固

用碳纖維橫向環包柱中部，對受壓區產生環向約束作用，以提高柱的抗壓能力，降低柱的壓屈系數。有關實驗證明，采用不同規格的片材加固， 混凝土柱受壓承載力可不同程度地提高。

4 碳纖維對結構抗震性能的提高

目前在國外應用很多的是碳纖維用于結構抗震補強加固，即沿構件主軸垂直方向粘貼碳纖維布以改善加固部位的延性，提高其抗震性能。利用碳纖維材料優異的力學性能，通過約束混凝土的形式，改變原結構在地震反復荷載作用下的變形能力，達到補強加固的目的。其對于提高結構的抗震性能主要體現在以下2方面。

4.1 碳纖維對混凝土性能的改變

通過與相同強度下混凝土軸心受壓 ～ 本構關系對比發現，在碳纖維約束下的混凝土變形能力得到了很大的改善，尤其是碳纖維加固量較大時下降段還改變為上升段，并且混凝土的極限壓應變有明顯提高，這樣就能推遲受壓區混凝土的脆性破碎，從而充分發揮鋼筋的塑性變形性能, 改善結構延性。

4.2 提高結構在地震作用下的耗能能力

對于抗震結構的要求除了要有足夠的強度、不發生強度破壞外還必須有一定的延性，保證結構具有良好的塑性變形能力，能夠耗散更多的地震能量。大量試驗結果表明: 碳纖維約束下的混凝土構件可以較為充分地發揮碳纖維的抗拉強度，因而在地震反復荷載作用下表現出良好的延性性能，這一點在近期完成的由國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心與清華大學合作的一組碳纖維加固對比試驗中得到了驗證。

5 碳纖維加固法發展前景

從目前國內外的發展狀況來看，碳纖維的應用呈積極的、不斷上升的趨勢，不但量大，而且面廣。近年來，日本和歐美等國在利用碳纖維等連續纖維對混凝土結構物進行維修、加固方面的研究異?；钴S，工程實例逐年增多。中國的建筑業市場非常巨大，大量建筑結構急需補強加固，工程實踐表明，碳纖維加固技術的加固效果和綜合經濟效益較好。隨著研究的不斷深入，人們對其性質的逐漸了解，碳纖維的應用將呈現更加廣泛的前景，將帶來巨大的社會效益和綜合經濟效益。