結構加固如何正確選擇碳纖維複合材？

08-22

結構加固如何正確選擇碳纖維複合材？

來自專欄加固技術

粘貼纖維複合材提高結構承載力與耐久性，已成為結構加固的常用方法之一。工程結構加固用纖維複合材，包括碳纖維、玻璃纖維以及芳綸纖維。三種纖維中，碳纖維複合材具備較高的強度與成熟的生產工藝，在結構加固中用途最廣泛。

碳纖維複合材在加固時僅可承受拉應力作用，因此可用於混凝土結構的受彎、受壓、軸心受壓、大偏心受壓與受拉構件的加固中。各種結構加固後承載力的提升幅度，都與碳纖維複合材的用量有直接關聯。

碳纖維加固的計算

針對於不同的加固需求，存在不同的加固計算方式。例如受彎構件正截面加固計算通過平衡公式，利用加固設計彎矩來推出所需碳纖維複合材的截面面積，類似於計算鋼筋混凝土結構中的鋼筋截面面積。受壓構件、受拉構件都存在相應的計算公式，可根據具體情況進行採用。

需要注意的是，在設計計算中碳纖維複合材的強度設計值是在碳纖維複合材強度標準值（例如I級碳纖維布為3400MPa）之上除以各項係數得出，而不是直接將標準值應用於加固設計計算中。

碳纖維布的區別

規範中對碳纖維布按照性能高低分為三個等級，從抗拉強度來看，I級與II級碳纖維布抗拉強度用標準值來衡量，而III級碳纖維布整體強度相差較大，因此採用平均值的形式體現，不利於結構加固。在實際應用中，I、II級碳纖維布還存在不同克重與厚度之分，雖然在抗拉強度等性能方面數值相同，但實際加固效果是存在差距的。

同等級的碳纖維布，克重為300g與200g的理論厚度分別為0.167mm與0.111mm，相當於粘鋼加固中型號相同，厚度不同的兩塊鋼板。而結構加固不僅與材料強度有關，還與材料的截面面積有直接關聯。對一般構件來說，同為100mm寬的I級碳纖維布，在受彎構件正截面計算中，能夠提供的力要相差（0.167-0.111）×100×2300=12880N，因此在實際選用時，需根據具體加固需求來選擇碳布克重。

多層碳布的運用

由於單層碳纖維布厚度較低，有效截面較小，因此即便其強度高，也難免會出現承載力提升幅度不符合要求的情況。當實際計算得出碳纖維截面面積大於單條碳纖維布能提供的截面面積時，可採取粘貼多層碳布的方式進行加固，多層碳布粘貼時需要注意連續性，避免時間過長影響膠體的浸漬粘貼效果。

另一方面，碳纖維布強度發揮需要與混凝土結構共同工作，而隨著碳纖維布層數的增多，錨固措施將變得難以保證，易發生剝離破壞，因此碳纖維布的粘貼層數不宜超過4層。當設計計算求得截面面積高於4層碳布的截面面積時，可以考慮採用碳纖維板進行加固，碳纖維板在加固中起到的作用相當於4-8層碳布，能令受彎構件承受更高的荷載。

綜上所述，碳纖維複合材的選擇，與結構強度提升幅度有直接的關聯。在工程加固中，若不結合現場情況盲目選用低級碳布，易導致結構加固效果不合使用要求，留下安全隱患甚至造成結構破壞，因此，在結構加固中，要重視原結構的狀況與材料的選擇，杜絕事故的發生。