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碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)
近年來,人們對結(jié)構(gòu)的安全性,使用性和耐久性要求不斷增強(qiáng),對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維護(hù)和維修加固引起了工程界的廣泛重視。有很多的因素會縮短現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的使用壽命如物理老化,化學(xué)腐蝕,社會需求的變化,設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的提高等,這些出現(xiàn)問題的建筑物,當(dāng)實際情況不允許推倒重建時,則只能采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施對其進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理。 

隨著材料科學(xué)的發(fā)展,纖維材料于土木工程中的應(yīng)用成為國內(nèi)外研究的熱點,纖維材料中的碳纖維用于加固補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)有著其自身的技術(shù)優(yōu)勢：高效高強(qiáng)（可以充分的利用其高強(qiáng)度,高模量的特點來提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性,改善受力性能,達(dá)到高效加固的目的）,耐腐蝕性及耐久性（碳纖維材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不與酸堿鹽等化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)）,不增加構(gòu)件的自重和體積（碳纖維質(zhì)輕而?。?使用面廣（碳纖維是一種柔性材料,且可以任意裁剪）,便于施工（無需大型的施工機(jī)械,占用場地少,無濕作業(yè)）。碳纖維布已廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的梁板柱的加固補(bǔ)強(qiáng),并由國家工業(yè)建筑診斷與改造工程研究中心主編,在總結(jié)近年來國內(nèi)各高校和科研單位的研究成果以及各設(shè)計,施工單位采用碳纖維布進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的實踐經(jīng)驗,參考國外大量相關(guān)資料,并進(jìn)行大量的試算和調(diào)研的基礎(chǔ)上,制定了《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》,其編號為CECS146：2003。以下將針對各種情況來進(jìn)行說明其簡便的計算方法。 

碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的正截面承載力： 

正截面承載力全過程分析的假定：平截面假定；鋼筋采用*彈塑性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；受壓區(qū)混凝土采用E.Hognestad建議的非線形應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；混凝土受壓區(qū)沿截面高度劃分成有限的面積相等的條帶（小單元）,并設(shè)每條帶的應(yīng)力均勻分布。根據(jù)理論分析結(jié)合實驗數(shù)據(jù)提出了如下的簡化計算方法：偏于安全的假設(shè)碳纖維的拉應(yīng)變等于鋼筋的拉應(yīng)變,并 

將碳纖維的面積轉(zhuǎn)化為等效鋼筋面積： 

式中 , , 和 分別表示碳纖維的面積,抗拉強(qiáng)度,等效的鋼筋面積與鋼筋的抗拉強(qiáng)度。 

碳纖維的面積取其凈面積即： 

其中 為碳纖維的計算厚度, 為碳纖維布的幅寬, 為層數(shù)。 

得到等效鋼筋面積之后,可參照鋼筋混凝土單筋矩形截面受彎構(gòu)件的正截面設(shè)計公式進(jìn)行計算。 

對受壓區(qū)混凝土合力作用點取矩 

其中 可有水平力平衡得到： 

上式中 為混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度； 為鋼筋混凝土構(gòu)件中所配鋼筋面積與碳纖維布的等效鋼筋面積總和。 

對于碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固的鋼筋混凝土適筋梁,其適用條件為：受壓區(qū)高度 不宜大于 ；加固后受彎承載力的提高幅度不宜超過40%；加固后在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下受拉鋼筋的拉應(yīng)力不宜超過鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 

當(dāng)計算得到的相對受壓區(qū)高度 高度不大于 ,或者小于 時,應(yīng)對碳纖維片材的厚度進(jìn)行折減,具體計算方法詳見技術(shù)規(guī)程的有關(guān)部分。其中 為碳纖維片材達(dá)到其允許拉應(yīng)變與混凝土壓壞同時發(fā)生時的相對受壓區(qū)高度。