摘要：90年代以来，随着新材料碳纤维加劲塑料（CFRP）的大量生产和价格的逐渐降低，用CFRP代替钢板作为外贴加固材料已成为一种趋势。本文针对碳纤维加固的原理、依据、前提进行了探讨，并对进行了简要的论述。　　关键词：碳纤维；加固；施工　　碳纤维增强聚合物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，碳纤维加固技术是一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。　　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。　　一、碳纤维材料的基本特性　　碳纤维增强复合材料补强加固所采用的基本材料是高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材。将片材用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作。　　1、碳纤维片材；　　片材碳纤维材料的拉伸强度在（）MPa之间，与普通碳素钢板拉伸强度为240MPa相比，片材的拉伸强度很高。　　片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能不同，碳纤维片材依力学性能分成高模量、高强度和中等模量三类。高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。　　相比之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，说明碳纤维片材较轻。碳纤维的化学结构稳定，本身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有良好的耐寒和耐热性。　　2、配套树脂类粘结材料；　　混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料，用于渗透过混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；油灰，用于填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用碳纤维片材；浸渍树脂或粘结树脂，前者用于碳纤维布粘贴，后者用于碳纤维板粘贴。　　二、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。
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旧桥加固设计原理及计算示例
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旧桥加固设计原理及计算示例
作　者： 单成林
出版时间： 2007
　　《旧桥加固设计原理及计算示例》根据钢筋混凝土及预应力混凝土结构理论，结合最新的相关规范、规程，推导出大量计算公式，提出和采用了许多新的设计思想和计算方法，详细论述了旧桥加固设计原理及步骤。加固对象涉及钢筋混凝土和顸应力混凝土各类型桥梁，加固计算方法涉及粘贴附加物加固法、增大截面加固法和预应力加固法，每一种类型的设计均配有计算示例，共20个算例，完全具有可操作性。《旧桥加固设计原理及计算示例》还介绍了混凝土桥梁常见病害、成因、可选的加固方法及加固实例分析，使读者对旧桥加固设计能从基本概念到具体计算方法再到实际感受有完整的认识。《旧桥加固设计原理及计算示例》可为桥梁加固设计、科研、施工及运营管理的人员提供参考，也可作为桥梁加固技术培训班或高等院校交通土建专业选修课的教材使用。
第1章 桥梁上部结构常见病害、成因及可选的加固方法
1.2钢筋混凝土及预应力混凝土简支板桥
1.3钢筋混凝土及预应力混凝土连续板桥
1.4钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥
1.5钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁及悬臂梁桥
1.6预应力混凝土T形刚构桥
1.7钢筋混凝土板拱、肋拱及箱形拱桥
1.8中、下承式拱桥
1.9钢筋混凝土刚架拱桥
1.10钢筋混凝土及预应力混凝土桁架拱或桁式组合拱桥
1.11圬工拱桥
1.12钢一混凝土组合梁桥
1.13斜拉桥
1.14悬索桥
第2章 桥梁下部结构常见病害、成因及可选的加固方法
2.1.1重力式桥台
2.1.2轻型桥台
2.2.1重力式桥墩
2.2.2轻型桥墩
2.3.1扩大基础
2.3.2桩基础
2.3.3沉井基础
第3章 各种加固方法的计算原理及算例
3.1粘贴钢板、钢筋加固法
3.1.1受力特点及使用条件
3.1.2钢筋混凝土受弯构件加固计算原理及方法
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各 种 加 固 技 术 优 缺 点 比 较
可靠性好，提高承载力、刚度幅度大。
施工周期长，需要停产或者停止交通；增加结构的自重，增加地基基础所承受的荷载；减少使用空间；以引起地震力的增加和结构自振频率等的改变。
对结构刚度的提高较为明显。
材料自重大，且对原建筑物外观改变较大，增加原构件截面尺寸，减小净空；施工工序较繁琐，有湿作业，需要相关的机械设备，需占用较大场地和空间，成本高；维护费用高；抗腐蚀能力差；疲劳性能一般；破坏往往是粘结破坏，不仅钢材的强度不能得到充分的发挥，而且，设计人员对于承载力的估算困难；不防火；对极限承载力的提高有限；不适用于混凝土强度低的情况；施工受现场环境（如天气等）的影响很大，对桥梁加固时一般要求中断交通。
粘碳纤维片材加固
材料自重小；CFRP抗拉强度高；抗腐蚀性能强；施工方便；对结构的极限承载力提高明显；疲劳性能好，综合造价低，建筑物外观无改变，且适合各种涂料。
对结构刚度的提高不明显，决定了其对已开裂结构的加固效果不明显；材料成本较高；防火性能差；破坏往往是粘结破坏，而且，与粘钢加固不同的是，其除了会发生端部粘结破坏外，往往发生垮中开始的粘结破坏，估算粘结破坏承载力非常困难，实际工程中往往是采取一些构造措施来定性保证；由于是外粘式的加固方法，其对承载力的提高是有限的，特别是加固一些配筋率比较大的构件时，效果并不明显；不适用于混凝土强度低的情况；施工受现场环境（如天气等）的影响很大，对桥梁加固时一般要求中断交通。
体外预应力加固
对结构刚度和承载力的提高较为明显。
受现场及构件情况影响大；施工非常麻烦；锚固端安全性低，而这又直接影响加固后结构的性能；成本高，疲劳性能值得进一步研究。
钢丝网加固
优缺点基本同钢板加固和CFRP加固，但其防火性能和耐久性能得到了很大提高。
钢筋锚固料原理：
1.1 钢筋锚固料原理是应用结构胶粘剂对混凝土和钢筋的粘结作用；或应用高强膨胀材料的膨胀性能与混凝土孔壁之间的摩擦力固定钢筋与混凝土构件中，使原结构混凝土构件与被锚固钢筋牢固结合、共同受力，以达到结构构件受力的不同使用要求。
1.2 钢筋锚固达到的效果如同混凝土予埋件或混凝土浇注前的钢筋绑扎锚固、钢筋焊接。
钢筋锚固料的适用范围：
2.1被锚固的原结构可以是钢筋混凝土结构，也可以是砖砌体结构；需锚固的钢筋可以根据结构受力的不同需要选择钢筋级别（一般为HPB235级钢筋或HRB335、HRB400级钢筋）和直径。
2.2根据构件的不同使用功能要求，可以分为抗拉压钢筋锚固、抗弯剪钢筋锚固以及抗扭钢筋锚固。
2.3钢筋锚固广泛应用于构件增大断面、幕墙挂件、增补予埋件、增设剪力墙、增设暗柱暗梁、钢结构与混凝土结构连接、喷射混凝土、结构夹层、结构改扩建以及建筑物整体抗震加固施工中。
2.4钢筋锚固根据不同的使用环境和环境的特殊要求应选取不同的锚固材料和施工工艺，一般环境要求和普通受力构件可选用国产结构胶作为锚固材料。
2.5结构构件使用环境为高温环境或防火要求较高时，锚固材料宜选用耐高温或火灾无影响的材料；
2.6结构构件使用环境为酸碱腐蚀比较严重的车间厂房、库房等情况时，宜选用耐腐蚀性能达到使用要求的锚固材料。
外包钢技术加固混凝土构件原理：
1.1 外包钢加固技术是通过在混凝土梁柱外部四周包裹型钢，再用连接缀板将各部分型钢焊接相连，使整个构件通过被型钢与缀板的包裹约束来提高结构承载能力的一种加固方法。
1.2 外包钢加固技术分为湿式外包钢和干式外包钢两种：干式外包钢是型钢与缀板包裹约束混凝土构件后，对混凝土构件与钢材表面不做处理或简单填塞处理，所以只对构件起到包裹约束提高构件抗压能力的作用。湿式外包钢是在干式外包钢的基础上，在混凝土与钢构件接触面灌注或粘贴结构胶，以达到外包钢构套与原混凝土结构整体共同受力的目的。大量的实验证明：在结构计算过程中，干式外包钢不考虑与原构件的共同工作；湿式外包钢只要施工质量合格，则可以完全按外包钢构套与原结构共同工作考虑。湿式外包钢与干式外包钢的本质区别就是，湿式外包钢能够利用中间结构胶提供可靠的剪力与原结构共同承担荷载。
1.3 外包钢加固原理类似加大断面加固，不同的是，外包钢加固是利用环箍作用及钢件本身的刚度提高混凝土构件的强度、刚度和稳定性；加大断面是利用构件截面面积增大来达到上述效果。
外包钢加固的适用范围：
2.1外包钢加固技术适用于梁柱构件加固，当混凝土梁柱抗压强度和抗弯刚度需要大幅度提高时，其它加固方式无法满足或抗弯和抗压无法同时满足时采用此加固方案。
2.2混凝土构件整体刚度需要大幅度提高时可采用此加固方案。
2.3使用环境不允许加大断面加固，而构件又必须大幅度提高承载力时使用此加固方式。
2.4构件因使用要求需大面积开洞或其它严重破坏原结构的情况时，构件需进行刚度、强度、稳定性等多方面加固时。
2.5外包钢加固技术的特点是：构件外型尺寸无明显加大，承载力和刚度、强度明显提高； 施工周期较短；质量控制比较简单；相对加大断面法节约空间。
构件外部粘钢加固原理：
1.1构件外部粘钢加固法是根据结构构件受力分析计算结果和受力特征，应用建筑结构胶粘剂将钢板粘贴于强度不满足受力要求的混凝土构件外部相应部位，以达到构件满足承载力要求的一种补强加固方法。
1.2外部粘钢加固法加固原理是利用结构胶的抗剪切强度将混凝土构件承担的荷载传递给钢板，使后粘贴钢板和原钢筋混凝土构件共同承受外部荷载作用力的一种加固方法。
1.3由以上粘钢原理可知，构件在粘贴加固以前，如果原混凝土构件已经在承受荷载的状态下达到一定的受力状态，那么后加粘钢部分会在与原混凝土构件共同受力时产生应力滞后现象，（如下图所示）即在后粘钢板承受荷载很小或未到受力极限状态时，原钢筋混凝土结构已不堪外部荷载作用而破坏。所以在粘钢加固之前，必须进行原结构卸荷。
1.4 卸荷的两种方式：
a、直接卸荷：即将混凝土构件上所有活荷载转移撤掉，使构件处于自重荷载作用下，降低构件因外部荷载引起的内部应力。
b、间接卸荷：如构件所承受荷载无法直接撤掉，可采用支顶的方式等值（读表千斤顶）反荷载方向作用于构件，使构件处于内部应力较小或无内部应力状态。
2.1本加固方法普遍适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件，对于承受动荷载的结构构件，必须使用具有承受动荷载功能的建筑结构胶粘剂。
2.2本加固方法普遍适用于环境温度不大于60°C的工作环境；如环境温度低于5°C，施工作业时必须采取加温措施直至结构胶完全固化；如环境温度高于60°C，粘钢采用的结构胶
必须是能满足高温要求的品种且环境温度最高值不大于结构胶的承受温度最大值。
2.3当被加固构件的混凝土强度小于C15时，其混凝土自身抗剪强度值太低，锚固粘结长
碳纤维片材加固混凝土结构原理
1.1构件外部粘贴碳纤维片材加固法是根据结构构件受力分析计算结果和受力特征，应用配套树脂将碳纤维片材粘贴于强度不满足受力要求的混凝土构件外部相应部位，以达到构件满足承载力要求的一种补强加固方法。
1.2外部粘贴碳纤维加固法的加固原理与粘贴钢板加固基本相同，是利用其配套树脂的抗剪切强度将混凝土构件承担的荷载传递给碳纤维片材，使后粘贴碳纤维片材和原钢筋混凝土构件共同承受外部荷载作用力的一种加固方法。
1.3因同属构件外部粘贴加固，碳纤维片材加固混凝土结构也存在应力滞后、应变超前和卸荷的问题。设计施工时可根据直接卸荷和间接卸荷的适用范围来确定采取不同的卸荷方式。
1.4外部粘贴碳纤维加固与外部粘贴钢板加固优缺点分析比较：
①碳纤维材料本身相对比强度高、重量轻，加固施工后基本不改变原结构的外型尺寸，同时基本不增加原结构自重；
②碳纤维片材加固施工工艺流程简单，施工工期短、效率高。
③碳纤维材料自身弹性模量高，加固后对温度裂缝、锈胀裂缝等细微变形控制效果较好。
④碳纤维片材加固几乎不用栓锚固定和外物加压，对混凝土原结构几乎没有破坏。
⑤采用碳纤维片材加固法加固施工后，装饰施工时无须处理界面，只在碳纤维片材施工最后工序时洒砂粘贴即可。
⑥碳纤维片材加固双层或三层粘贴时，因自身厚度较薄，几乎没有因厚度增加的剪力力矩影响，所以加固效果较好。
⑦碳纤维布材因其材料自身的柔韧性、可缠绕性，对狭窄工作面的加固施工加固效果独特。
⑧碳纤维布材为各向异性材料，加固设计时一般只是利用其纵向的高强来补强钢筋混凝土构件的拉弯强度，对于抗压构件和受力复杂的构件加固效果较差。
⑨碳纤维布材加固一般不能补强构件的刚度，用板材补强造价较高，其综合效果不如粘贴钢板或型钢加固。
碳纤维片材加固适用范围
2.1本加固方法普遍适用于房屋建筑和一般构筑物中承受静力作用的一般受弯及受拉构件，对于受压构件、刚度不足构件、承受动荷载的结构构件均不适合使用。对砌体结构、木结构和钢结构构件加固中也可以应用。
2.2采用碳纤维片材加固的混凝土结构，长期使用环境温度一般不能大于60°C，特殊环境下采用此技术，必须采取相应的防护措施。
裂缝的修补方案：
1.1对于塑性裂缝和干缩裂缝，只要确认其宽度超过0.1mm，裂缝深度尚未达到保护层深度，并且裂缝已经处于静止状态，为确保建筑物的安全性能和使用年限的耐久性，就必须进行修补恢复。其修复方法可采用表面封闭法，操作步骤如下：
①使用钢丝刷或角磨机配金刚石角磨片打磨裂缝四周不小于20mm的范围，目的是清除混凝土表面炭化部分和污染物，打磨深度为1~3mm.
②用脱脂棉丝蘸丙酮或酒精擦洗打磨过的区域，以去除混凝土粉末和灰尘。
③调配环氧石英砂浆，要求石英砂干燥且粒径大于0.1mm的颗粒不超过总重的50%；环氧树脂和固化剂的比例按固化剂的使用要求；石英砂的掺加数量根据和易性调配。
④在裂缝周边打磨区域表面涂刷一层环氧浆液，以利于后抹材料与混凝土的结合。
⑤用专用抹压工具将调配好的环氧砂浆抹压于裂缝表面，，待砂浆固化后即可进行装饰工作及后序施工。
1.2对于塑性裂缝和干缩裂缝，如果确认其宽度超过0.1mm或更大，裂缝深度已经达到或超过保护层深度，并且裂缝已经处于静止状态，其修复方法可采用表面凿槽法，操作步骤如下：
①使用电锤或钢钎沿裂缝走向在混凝土表面凿槽，槽宽和槽深根据裂缝深度和有利于封缝来确定，一般槽深大于等于裂缝深度，槽宽不小于20mm为宜。凿槽时注意应先沿裂缝打开，再向两侧加宽。
②使用钢丝刷或角磨机配金刚石角磨片打磨裂缝两边不小于20mm的范围，目的是清除混凝土表面炭化部分和污染物，打磨深度为1~3mm。
③用吹风机吹净沟槽内外的浮灰尘，再用脱脂棉丝蘸丙酮或酒精擦洗沟槽的内表面和周遍打磨过的区域，以彻底去除沟槽内外的混凝土粉末和灰尘。
④调配环氧石英砂浆，要求石英砂干燥且粒径大于0.1mm的颗粒不超过总重的50%；环氧树脂和固化剂的比例按固化剂的使用要求；石英砂的掺加数量根据和易性调配。
⑤在裂缝周边打磨区域和沟槽内部表面涂刷一层环氧浆液，以利于后抹材料与混凝土的结
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为了尊重楼主～我决定帮你顶上去～谢谢楼主
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呵呵，先谢谢楼主，再顶
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两个字：感谢
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先谢谢楼主，再顶~~~谢谢~~~
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