钢筋混凝土梁粘碳纤维布加固在工程中的应用

文/魏运均、韩超 烟建集团有限公司 山东烟台 264000

1、前言

粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁是利用树脂类材料把碳纤维布粘贴与结构构件表面，形成复合材料体CFRP，通过其与结构构件的协同工作，达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。本文以一个改造加固项目钢筋混凝土梁粘贴碳纤维布加固算例，对加固设计和施工进行阐述。

2、工程概况

某办公楼为四层框架混凝土结构，天然地基，独立基础，一层层高为4.5米，二至四层层高3.3米，建筑面积约为2000m2。该办公楼为新建项目，建筑原外立面为真石漆，现变更为干挂石材。

图1 一层结构平面图

3、加固设计

3.1 计算分析

由于该办公楼为新建项目，且外墙面变更在投入使用前，因此未对原建筑物结构进行检测鉴定。建筑外立面由真石漆变更为干挂石材，建筑结构荷载发生变化，依据原建筑结构PKPM计算模型，施加外墙面实际荷载，重新进行计算复核。通过软件计算结果与原有建筑结构模型计算结果对比分析，原结构基础承载力及框架混凝土柱承载力满足要求，不需要进行加固；局部楼层边框梁底配筋不满足要求，如果不采取加固措施，对办公楼建筑结构安全存在安全隐患。

3.2 加固方案

钢筋混凝土梁底配筋不足，加固方案为梁底增大截面和梁粘贴碳纤维布加固。

梁底增大截面加固：凿除保护层，植筋，绑扎钢筋，支设模板，浇筑灌浆料，混凝土养护，施工周期较长；梁粘贴碳纤维布加固：梁底、梁侧混凝土表面打磨，粘碳纤维布，碳纤维布表面防护，施工简便，周期短。为了能够缩短施工周期，同时缩减工本，钢筋混凝土梁采用粘贴碳纤维布法加固。

3.3 计算方法

该办公楼一层顶楼板结构边框梁截面宽度b=250mm,截面高度h=600mm,受压钢筋合力点至截面近边缘距离a's=37.50mm,受拉钢筋合力点至截面近边缘距离as=37.50mm,混凝土强度等级C30,受拉钢筋强度设计值fy=360Mpa,受压钢筋强度设计值f'y=360Mpa,纤维抗拉强度设计值ff=2300Mpa,纤维设计拉应变εf=0.007,受拉钢筋面积As=1388mm2,受压钢筋面积A's=760mm2,设计截面位于框架梁梁中,弯矩设计值M=324kN·m。加固设计主要依据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013，梁按受弯构件正截面加固计算如下：

经计算可知，钢筋混凝土梁底粘贴碳纤维布加固采用Ⅰ级碳纤维布2道，单层厚度为0.167mm，满足梁承载力要求。

4、加固施工

4.1 施工选材

碳纤维布复合材：碳纤维布选用高强Ⅰ级单位面积质量300g/m2，单层设计厚度为0.167mm。结构加固用胶粘剂（粘贴用胶）采用A级结构胶，其性能应符合国家标准《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011第4.2.2条的规定。

4.2 施工技术要求

粘贴碳纤维布加固实施操作按照《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013、《混凝土结构加固构造》13G311-1、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB50550-2010 规定进行。梁粘贴碳纤维布加固施工过程中需要注意以下几个方面：

1）施工宜在环境温度为5℃以上的条件下进行，并应符合配套树脂要求的施工使用温度，当环境温度低于5℃时，应采用适用于低温环境的配套树脂或采用升温措施。

2）对混凝土构件，可用硬毛刷粘高效洗涤剂，刷除表面油垢污物后用冷水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3mm厚表层,直至完全露出新面。并用无油压缩空气吹除粉粒。待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面即可。

3）转角粘贴处进行倒角处理,并打磨成圆弧状,柱圆化半径不小于25mm.梁圆化半径不小于20mm。

4）配置粘浸胶

粘浸胶为A、B两组份，A、B两组份在包装桶内用分别搅拌均匀，然后取洁净容器和称量设备按说明书配合比混合，用搅拌器搅拌至色泽均匀为止，搅拌时沿同一方向搅拌，避免混入空气形成气泡，每次配置量以小于3kg为宜。

5）裁剪并粘贴碳纤维布

按加固构件现场测量尺寸裁剪碳纤维布。将配置好的粘浸胶均匀涂抹于混凝土粘贴面部位和碳纤维布上，拐角部位适当多涂抹一些。将裁剪好的碳纤维布拉紧对齐后用手轻压于需粘贴的位置，采用专用的刮板、滚筒沿同一方向多次滚压，排除气泡，直至胶料渗出，充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。待手指触感干燥，即可尽快进行下层粘贴，并在最后一层碳纤维布表面均匀涂抹粘浸胶保护。

6）若长度不够，碳纤维布可进行搭接，搭接长度不得小于200mm，当采用多层碳纤维布加固，各条或各层之间的搭接位置宜相互错开。

7）应根据《建筑防火设计规范》（GB50016）规定的耐火等级及耐火极限要求，对碳纤维布构件表面进行防护。碳纤维布粘贴后需涂刷树脂进行表面防护，材料采用高强水泥砂浆抹面20mm厚。

结语：

1）粘贴碳纤维布加固混凝土构件，施工简便，周期短，能够有效降低加固造价。

2）梁底粘贴多层碳纤维时，为防止碳纤维布剥离破坏，采用碳纤维布分层截断，内短外长的布置方式，外加U型箍，增加碳纤维布与混凝土的接触面积，加强碳纤维布端部的抗剥离能力，提高混凝土构件的承载能力。

[1]GB50367-2013.混凝土结构加固设计规范[S].中国建筑工业出版社.

[2]璩家平，璩继立，付春兰.碳纤维布在加固混凝土框架梁中的应用[J].工程抗震与加固改造，2010,32（3）.