刘君阳

（华北理工大学轻工学院，河北省唐山 063000）

碳纤维加固钢筋混凝土框架的研究进展

刘君阳

（华北理工大学轻工学院，河北省唐山 063000）

建筑物由于各种因素的作用，影响了正常使用，但是现实情况不允许将其全部拆掉重建，而需要进行加固和修复，使其仍能满足安全性、适用性和耐久性的要求。碳纤维加固混凝土结构技术是土木工程技术领域中发展起来的一项新型加固技术，本文分别介绍了国内外对碳纤维加固混凝土结构技术研究的主要成果,并对今后拟开展的研究工作提出了建议。

碳纤维；框架加固

1 引言

随着经济建设突飞猛进的发展，各种新型建筑材料的不断涌现，设计方法以及施工技术的不断改进。碳纤维CFRP作为一种新型的加固材料，具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳和易加工等优点，在钢筋混凝土加固领域的应用越来越广泛。本文对碳纤维加固混凝土结构技术进行了仔细的总结和分析，对今后开展研究和工程应用具有一定的参考价值。

2 碳纤维加固混凝土结构技术的研究进展

2.1 国外研究进展

2001年，Mahmoud M. Reda T和Nigel G S[1]研究中发现把碳纤维加入到混凝土中，能够较明显地改善混凝土的力学性能。在荷载作用时，模量高的比模量低的材料所能承受的荷载要大，碳纤维的加入能够使混凝土承受的荷载变小，并且水泥中的裂纹扩展也得到了控制，从而实现了增韧的效果。

2001年，Li and M.N.S. Hadi[2]用碳纤维和玻璃纤维两种材料加固高强混凝土柱，并进行了柱轴心受压和偏心受压的对比试验研究，研究表明：碳纤维布的加固效果较好；加固后轴心受压柱强度的提高明显大于偏心受压柱，混凝土强度较小的偏心压柱加固效果更好，碳纤维包裹层数对加固效果有一定的影响。

2002年，T.El-Amoury 等[3]用玻璃纤维分别加固的混凝土边节点和普通边节点，通过对比研究表明：框架节点在玻璃纤维加固后，延性及耗能能力有明显提高。

2005年，Abhijit Mukherjee和Mangesh Joshi[4]对纤维材料加固后的梁柱节点进行了循环加载试验，对节点加固后的耗能性能进行了研究。研究表明：经过用纤维材料加固后，可以较显著地改善节点的耗能性能。

2.2 国内研究进展

2003年，赵彤，刘明学和谢剑等[7]分别对混凝土柱的抗震性能和梁的受弯承载力进行了试验研究，通过试验分析了轴压比、混凝土强度及碳纤维布对抗震性能的影响。研究表明：碳纤维加固钢筋混凝土节点可以提高柱的延性和梁的受弯承载力。

2005年，戴绍斌[9]用有限元分析了碳纤维布对框架抗震性能的影响，研究结果表明：利用碳纤维布加固底部框架柱有助于提高框架的整体抗震性能，从而减少框架在地震作用下的最大侧移和各层间位移。因此，利用碳纤维布包裹底层框架柱除可以加固底层柱刚度受损的框架外，还可以是一般框架具备一定的延性留存，从意义上来说是对框架所作的一种二次防御。

2007年，张准[11]对CFRP加固预应力梁的设计方法进行了深入研究，得出一下论断：梁的极限承载力随着加固量的增大而增大；如果加固适筋，破坏时的极限挠度有所增加，如果加固超筋，会得到相反结果；加固量的增添减缓初始裂缝的发展速度，到达极限时，梁底缝隙满布；碳纤维布很难达到材料的抗拉应力设计，因为张拉控制应力筋的作用；加固时卸载量较大和预应力筋强度较低的构件，达到极限状态时，CFRP可以得到更高的材料利用率。

2008年，苏湘[10]对CFRP抗剪加固框架节点进行了深入研究分析，得出如下结论：ANSYS在单调加载时可以保证收敛问题，但在反复荷载作用下很难保证收敛性；随着碳纤维用量的增加，节点的抗剪承载了提高幅度逐渐减小，一般最多的层数为三层时为最佳，超过这个层数，容易发生纤维布的玻璃破坏。加固效果较好的是碳纤维，其次是芳纶纤维和玻璃纤维。胶结层的破坏时，纤维布还未发挥作用，胶结层的破坏使得不能采用公共节点的方式模拟加固的真实情况。

2010年，刘进军和王天稳[12]对CFRP加固框架节点低周反复荷载进行了深入的剖析，得出如下结论：改善了节点的受力，提高了节点的极限位移和延性，具有良好的耗能和变形能力；封闭式的加固方式更能有效地改善构件的承载力、延性及耗能能力；角钢比纤维布提高开裂荷载的幅度大，抗弯的碳纤维锚固在柱子上，减小了传给核心区的力，间接提高了节点的抗剪能力；破坏点多集中在梁柱交界处。

2011年，王志明[13]对钢筋混凝土框架节点受力机制及加固方法进行了分析，有如下结论：从核心区受力机理出发，增强梁端纵筋的锚固、增大梁柱端部截面混凝土受压区高度及加强核心区的约束作用等几个方面来考虑采取加固措施；空间框架节点加固存在问题。

3 结语

框架结构的加固技术有很多种，传统技术包括：加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、增设支点加固法、粘钢加固法和喷射混凝土加固技术等加固技术，碳纤维加固技术的研究相对比较薄弱，因此，碳纤维加固混凝土框架的研究具有非常重要的意义。

[1]MAHMOUD M. REDA T, NIEHL GS. Enhancing fracture toughness of high-performance carbon fiber cement composites[J]. ACI Materials Journal, 2001(2):168-178.

[2]J. LI and M. N. S. HADI. Behavior of Externally Confined High-Strength Conerete Column under Eeeentrie Loading [J]. Journal of Composites for Construction, 2001, 5(3): 146-152.

[3]T. El-AMOURY and GHOBARAH. Seismic rehabilitation of beam-column joint using GFRP sheets [J]. Engineering structures, 2002. (24): 1397-1407.

[4]ABHIJIT MUKHERJEE, MANGESH JOSHI. FRPC reinforced concrete beam-column joints under cyclic excitation[J]. Composite Structures, 2005, 70(2):185-199.

[5]赵彤, 刘明学, 谢剑. 碳纤维布增强钢筋混凝土柱延性性能的评估与分析[J].地震工程与工程振动, 2003,(4) :117-123.

[6]戴绍斌, 杜黎妍. 碳纤维布增强混凝土框架抗震性能的有限元分析[J]. 地震工程与工程振动, 2005, 25(4):113-115.

[7]张准. 碳纤维布加固预应力混凝土梁的设计方法研究[D]. 同济大学, 2007. [8]苏湘. 纤维布抗剪加固钢筋混凝土框架节点研究[D]. 长安大学, 2008.

[9]刘进军, 王天稳. 碳纤维布加固框架节点低周反复荷载试验研究[J]. 建筑结构. 2010, 40(2):70-73.

[10]王志明, 胡克旭. 钢筋混凝土框架节点受力机制及加固方法评述[J]. 工业建筑, 2011, (41):133-136.

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