鋼筋混凝土梁粘碳纖維布加固在工程中的應(yīng)用

【摘要】在某辦公樓改造加固工程中，通過軟件建模計算和加固方案分析，就鋼筋混凝土框梁粘貼碳纖維布加固法的分析、計算過程和施工技術(shù)要求進行論述。

【關(guān)鍵詞】改造加固；鋼筋混凝土框梁；粘貼碳纖維布加固法

1、前言

粘貼碳纖維布加固鋼筋混凝土梁是利用樹脂類材料把碳纖維布粘貼與結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，形成復(fù)合材料體CFRP，通過其與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的協(xié)同工作，達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強加固及改善受力性能的目的。本文以一個改造加固項目鋼筋混凝土梁粘貼碳纖維布加固算例，對加固設(shè)計和施工進行闡述。

2、工程概況

某辦公樓為四層框架混凝土結(jié)構(gòu)，天然地基，獨立基礎(chǔ)，一層層高為4.5米，二至四層層高3.3米，建筑面積約為2000㎡。該辦公樓為新建項目，建筑原外立面為真石漆，現(xiàn)變更為干掛石材。

3、加固設(shè)計

3.1計算分析

由于該辦公樓為新建項目，且外墻面變更在投入使用前，因此未對原建筑物結(jié)構(gòu)進行檢測鑒定。建筑外立面由真石漆變更為干掛石材，建筑結(jié)構(gòu)荷載發(fā)生變化，依據(jù)原建筑結(jié)構(gòu)PKPM計算模型，施加外墻面實際荷載，重新進行計算復(fù)核。通過軟件計算結(jié)果與原有建筑結(jié)構(gòu)模型計算結(jié)果對比分析，原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載力及框架混凝土柱承載力滿足要求，不需要進行加固；局部樓層邊框梁底配筋不滿足要求，如果不采取加固措施，對辦公樓建筑結(jié)構(gòu)安全存在安全隱患。

3.2加固方案

鋼筋混凝土梁底配筋不足，加固方案為梁底增大截面和梁粘貼碳纖維布加固。

梁底增大截面加固：鑿除保護層，植筋，綁扎鋼筋，支設(shè)模板，澆筑灌漿料，混凝土養(yǎng)護，施工周期較長；梁粘貼碳纖維布加固：梁底、梁側(cè)混凝土表面打磨，粘碳纖維布，碳纖維布表面防護，施工簡便，周期短。為了能夠縮短施工周期，同時縮減工本，鋼筋混凝土梁采用粘貼碳纖維布法加固。

3.3計算方法

該辦公樓一層頂樓板結(jié)構(gòu)邊框梁截面寬度b=250mm，截面高度h=600mm，受壓鋼筋合力點至截面近邊緣距離a's=37.50mm，受拉鋼筋合力點至截面近邊緣距離as=37.50mm，混凝土強度等級C30，受拉鋼筋強度設(shè)計值fy=360Mpa，受壓鋼筋強度設(shè)計值f'y=360Mpa，纖維抗拉強度設(shè)計值ff=2300Mpa，纖維設(shè)計拉應(yīng)變εf=0.007，受拉鋼筋面積As=1388mm2，受壓鋼筋面積A's=760mm2，設(shè)計截面位于框架梁梁中，彎矩設(shè)計值M=324kN·m。加固設(shè)計主要依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》GB50367-2013，梁按受彎構(gòu)件正截面加固計算如下：

經(jīng)計算可知，鋼筋混凝土梁底粘貼碳纖維布加固采用Ⅰ級碳纖維布2道，單層厚度為0.167mm，滿足梁承載力要求。

4、加固施工

4.1施工選材

碳纖維布復(fù)合材：碳纖維布選用高強Ⅰ級單位面積質(zhì)量300g/m2，單層設(shè)計厚度為0.167mm。結(jié)構(gòu)加固用膠粘劑（粘貼用膠）采用A級結(jié)構(gòu)膠，其性能應(yīng)符合國家標準《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB50728-2011第4.2.2條的規(guī)定。

4.2施工技術(shù)要求

粘貼碳纖維布加固實施操作按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》GB50367-2013、《混凝土結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造》13G311-1、《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50550-2010 規(guī)定進行。梁粘貼碳纖維布加固施工過程中需要注意以下幾個方面：

1）施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件下進行，并應(yīng)符合配套樹脂要求的施工使用溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時，應(yīng)采用適用于低溫環(huán)境的配套樹脂或采用升溫措施。

2）對混凝土構(gòu)件，可用硬毛刷粘高效洗滌劑，刷除表面油垢污物后用冷水沖洗，再對粘合面進行打磨，除去2～3mm厚表層，直至完全露出新面。并用無油壓縮空氣吹除粉粒。待完全干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面即可。

3）轉(zhuǎn)角粘貼處進行倒角處理，并打磨成圓弧狀，柱圓化半徑不小于25mm.梁圓化半徑不小于20mm。

4）配置粘浸膠

粘浸膠為A、B兩組份，A、B兩組份在包裝桶內(nèi)用分別攪拌均勻，然后取潔凈容器和稱量設(shè)備按說明書配合比混合，用攪拌器攪拌至色澤均勻為止，攪拌時沿同一方向攪拌，避免混入空氣形成氣泡，每次配置量以小于3kg為宜。

5）裁剪并粘貼碳纖維布

按加固構(gòu)件現(xiàn)場測量尺寸裁剪碳纖維布。將配置好的粘浸膠均勻涂抹于混凝土粘貼面部位和碳纖維布上，拐角部位適當(dāng)多涂抹一些。將裁剪好的碳纖維布拉緊對齊后用手輕壓于需粘貼的位置，采用專用的刮板、滾筒沿同一方向多次滾壓，排除氣泡，直至膠料滲出，充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布。待手指觸感干燥，即可盡快進行下層粘貼，并在最后一層碳纖維布表面均勻涂抹粘浸膠保護。

6）若長度不夠，碳纖維布可進行搭接，搭接長度不得小于200mm，當(dāng)采用多層碳纖維布加固，各條或各層之間的搭接位置宜相互錯開。

7）應(yīng)根據(jù)《建筑防火設(shè)計規(guī)范》（GB50016）規(guī)定的耐火等級及耐火極限要求，對碳纖維布構(gòu)件表面進行防護。碳纖維布粘貼后需涂刷樹脂進行表面防護，材料采用高強水泥砂漿抹面20mm厚。

結(jié)語：

1）粘貼碳纖維布加固混凝土構(gòu)件，施工簡便，周期短，能夠有效降低加固造價。

2）梁底粘貼多層碳纖維時，為防止碳纖維布剝離破壞，采用碳纖維布分層截斷，內(nèi)短外長的布置方式，外加U型箍，增加碳纖維布與混凝土的接觸面積，加強碳纖維布端部的抗剝離能力，提高混凝土構(gòu)件的承載能力。

參考文獻：

[1]GB50367-2013.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社.

[2]璩家平，璩繼立，付春蘭.碳纖維布在加固混凝土框架梁中的應(yīng)用[J].工程抗震與加固改造，2010，32（3）.

作者簡介：

魏運均，男，1982年生，工程師，碩士，注冊一級結(jié)構(gòu)師，煙建集團有限公司；

韓超，男，1981年生，工程師，注冊一級建造師，煙建集團有限公司。