碳纤维布在木结构梁中加固中的应用

谢成成

摘要：我国大部分古建筑在世界建筑中的占有较大地位，其中最为常见的以木结构为首的建筑类的数量居多，且历史悠久。本文主要对我国传统木结构加固的方法进行主要简介，了解其不足之处并对现存的、国内外进行碳纤维布加固木结构的相应的研究进行分析，最后在对碳纤维布在木结构中进行加固的应用给做出相应的展望。

关键词：碳纤维布 木结构 加固

我国最为常见的建筑结构以木结构为主，但以往的木结构保留到现在，依旧处于随时坍塌的状态中，对此，我国对古建筑进行科学的修复已经成为一个极为重要的事情。常用的木结构修复加固方法有在原有木结构的基础上进行新材料或混凝土、钢等来代替。这种传统的做法，虽然会破坏原有木结构建筑的外貌，达不到古建筑“修旧如旧”的标准，而且由于其带来的金属构件易腐蚀、附加重量大等缺点，不适合广泛应用于木结构加固。许多国内外的试验研究表明：粘贴碳纤维布，可以提高木结构的承载能力，且两种材料之间有良好的粘结性能，可以充分配合使用。

1传统的木结构加固方法

1.1木结构的整体加固方法。（1）检修落架：简单来讲就是将木结构局部或者全部拆除，在对残缺的部位进行休整，替换破损严重的部分，然后进行重新安装，并对其整体部分进行加固。学者华国斌，余晖，管国强[1]认为在对落架进行检修时，应先对瓦顶进行拆除，在进行自上而下的分层，分别取下望板、椽条和梁架，这种方法可适用在较为严重的梁部构建，如拔榫、腐朽、劈裂等，此部位的损坏，必须进行零部件的更换及维修工程，其确定为极易损坏原先结构。（2）加固基础：简单来讲就是在不破坏木构架的情况下，将出现问题的机构进行复位，并进行建筑的结构的整体加固。但对于损伤较大的部位，如梁枋、斗栱、柱子等，应及时进行替换或者采用其他的方式对其进行修补以及进行加固措施。学者王大勇则认为[2]，这种方法仅适用于建筑外部墙体出现倾斜，且逐渐严重的木结构，不需要更换或替换个别构建的维修工程。

1.2木结构构件的加固方法。（1）下撑式拉杆加固梁：在房梁构架逐渐变形或超过其规定的极限，起承载能力较低，发生断裂情况时，可以对撑拉杆进行加固，使其具有良好的受压能力。在进行整体结构加强时，需要检查整体建筑的木结构两端材料是否出现虫蛀等，只有确定材料是否完好，保证拉杆是否牢固。（2）采用夹接法和托接法对梁进行加固：在容易发生腐朽的木梁部位进行更换。但在进行甲苯处理时会出现是施工困难等情况的发生时，可以进行钢托法进行加固。（3）墩接法加固柱子：当房梁出现腐朽严重，但柱子不可以超过著资底座的 1/4时，可以进行墩接柱的方法，此方法可以进行木材、石材、钢筋混凝土等。（4）碳纤维加固法：碳纤维布具有重量轻，可塑性强，易剪切成型，适用于不规则截面的木结构的表面粘贴，且对木结构外观影响小，适合在木结构建筑加固领域广泛应用。且施工便捷，效率高，没有湿作业，无需大型设备、模板及支撑，施工占用场地少，无论是工期还是施工条件方面都具有明显的优势。

2碳纤维布加固木结构的应用

2.1碳纤维布加固木梁的抗弯性能。针对这一问题，一些科学家对碳纤维增强木梁和增强塑料進行了加固和受力分析，但它们并没有起到足够的作用，并造成了一定的浪费。采用四点弯曲试验方法研究了缺陷房梁和加固梁的弯曲性能和破坏模式，分析了缺陷位置对木梁断裂形式和受力的影响。学者王声毅[3]在碳纤维布在钢筋混凝土梁中的加固与应用中，进行此实验时，破坏的极限控制因素不是荷载而是刚度。试验结果表明，双层碳纤维布粘贴加固后，其承载力提高到 99.79%，弹性提高到 97.50%。结果表明，碳纤维布可以应用于木梁上，结构钢架，从而在木梁达到规范要求时，有效地提高了承载力和刚度。两层碳纤维布加载后，其临界载荷和弯曲强度远高于粘贴层。对碳纤维布的弯曲力矩、曲率和挠度之间的关系进行了非线性模拟。计算结果表明，与试验结果相比，误差小于 10%，程序计算精度高，可以进行工程加固设计中，可见图 2。

2.2碳纤维布加固木梁的抗剪性能。本文研究了碳纤维布实木结构梁抗剪强度矩、惯性矩和截面宽度对梁抗剪强度的影响，提出了碳纤维布梁抗剪强度的计算公式，。学者王雪莲[4]在建筑工程中粘布碳纤维布在加固梁中的应用中，主要针对木结构梁的剪切阶段，采用碳纤维布在垂直方向和对角线方向加固，并进行了加固研究，证明木结构梁在对角线方向加固碳纤维布达到 34.1%时，加固效果良好采用木结构梁对碳纤维布进行竖向加固。试验结果表明，两种方法均具有恒定的抗剪加固效果，但试验误差的影响不显著。

3总结

碳纤维布加固技术作为一种经济高效的加固方法，在施工中得到了广泛的应用，国内外学者对碳纤维布加固的研究也十分活跃，并取得了许多有益的成果。但是，深度和宽度仍然不够。有必要从碳纤维布与木材的粘接性能等几个方面进行深入研究。综上所述，对古建筑木结构进行碳纤维布加固可以起到良好的效果。

参考文献：

[1]华国斌，余晖，管国强.碳纤维布在木结构建筑物加固中的应用 [J].浙江建筑，2016， 33（004）：33-35.

[2]王大勇. ABAQUS软件在碳纤维布加固混凝土梁中的应用[C]//工业建筑 2017年增刊 III. 2017.

[3]王声毅.碳纤维布在钢筋混凝土梁中的加固与应用 [J].引文版：工程技术，2015， 000（032）：151-151.

[4]王雪莲.建筑工程中粘布碳纤维布在加固梁中的应用 [J].消费导刊，2016， 000（007）：294-294，396.

（作者单位 ：南京新筑加固工程有限公司 ）