【正文】 程納入了這三種加固方法的設計計算方法和構(gòu)造規(guī)定。受彎加固是指為提高受彎構(gòu)件正截面承載力而進行的加固；受剪加固是指提高受彎構(gòu)件斜截面承載力而進行的加固；抗震加固是指為提高構(gòu)件的抗震性能而進行的加固。在受彎加固時，應使碳纖維片材的纖維方向與構(gòu)件受拉區(qū)的拉應力方向一致；在受剪加固時，原應使碳纖維片材的纖維方向與混凝土中主拉應力方向一致，但為了施工方便，建議采用纖維方向與構(gòu)件縱軸垂直；抗震加固時，應使碳纖維布以環(huán)向圍束方式纏繞在柱上，以較好地提高抗震性能。除此以外，碳纖維片材也可沿受拉構(gòu)件軸向粘貼，對受拉構(gòu)件進行加固，或沿構(gòu)件環(huán)向粘貼對軸心受壓構(gòu)件加固。至于受彎加固，雖可采用對碳纖維片材施加預應力的方法，以提高其加固效果，但由于相應的計算方法和施工方法的研究尚不成熟，故暫未列入本規(guī)程。 本規(guī)程對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固所采用的極限狀態(tài)設計計算方法，與現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50010相協(xié)調(diào)，但考慮到既有建筑物的特性，要求以現(xiàn)場檢測確定的材料實際強度和有關參數(shù)進行驗算。同時，在驗算中還應考慮二次受力問題。 試驗研究表明，碳纖維片材加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件有多種破壞形態(tài)，除了與普通混凝土構(gòu)件相同的以外，還有一些特殊的破壞形態(tài)，如碳纖維片材的剝離破壞等。采用這種加固方法，構(gòu)件達到承載能力極限狀態(tài)時，碳纖維片材的抗拉強度往往不能完全發(fā)揮，此時應以達到極限狀態(tài)時碳纖維片材所達到的應變值來確定其承載力。同時，由于碳纖維片材在最終拉斷時表現(xiàn)出明顯的脆性，因此即使構(gòu)件破壞時碳纖維片材可以達到其極限抗拉強度，也應選擇小于其極限拉應變的允許拉應變作為設計極限狀態(tài)的標志，以保證足夠的可靠度。 本規(guī)程規(guī)定的碳纖維片材抗拉強度標準值的確定方法，是以現(xiàn)行國家標準GB 4885為依據(jù)制定的。同時，與國際標準、歐洲標準、ACI標準等也是相協(xié)調(diào)的。因此，必須得到嚴格的執(zhí)行。生產(chǎn)廠家提供的此項性能指標必須經(jīng)進場見證抽樣檢驗合格后，其產(chǎn)品方可在工程中使用。 一般情況下，對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的加固是局部的。加固后結(jié)構(gòu)體系可能有所改變，因此加固設計中應進行驗算，以保證不發(fā)生危險的脆性破壞。例如，在受彎加固后應避免剪切破壞先于受彎破壞發(fā)生等。 研究表明，當加固前構(gòu)件計算所受的初始彎矩小于受彎承載力的20%時，初始彎矩的作用不大，可以忽略二次受力的影響。 在實際工程中，某些結(jié)構(gòu)的混凝土強度可能低于現(xiàn)行國家標準要求的最低強度等級。如果結(jié)構(gòu)混凝土強度過低，則與碳纖維片材的粘結(jié)強度將會很低，易發(fā)生脆性的剝離破壞，碳纖維片材就不能充分發(fā)揮作用。因此本條以現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50010對混凝土強度和耐久性的要求為依據(jù)，規(guī)定了被加固結(jié)構(gòu)混凝土強度的最低等級。 碳纖維片材很容易受人為破壞和火災燒毀，并因此而導致建筑物意外坍塌。為此，國外有關碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)的設計指南，或是要求對原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件提供附加的安全保護，或是要求原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件，必須能承擔其恒荷載的標準值及少量的使用荷載。因而本規(guī)程也作出了原則性規(guī)定，以引起設計人員的重視。 構(gòu)造要求 碳纖維片材沿其纖維方向彎折時會導致應力集中和纖維絲折斷，影響強度發(fā)揮。根據(jù)試驗研究結(jié)果，當轉(zhuǎn)角處的曲率半徑不小于20mm時，可緩解應力集中，使碳纖維片材強度不受顯著影響。對彈性模量較高的碳纖維片材，若要使其強度不受影響，則轉(zhuǎn)角處的曲率半徑應該更大，但因缺少試驗資料，本規(guī)程未作明確規(guī)定。 試驗研究表明，當單位面積碳纖維質(zhì)量不超過300g/m2，碳纖維布沿受力方向的搭接長度不小于100mm時，破壞不會發(fā)生在搭接部位。但有資料表明，倘若粘貼施工質(zhì)量不良，碳纖維布的斷裂或破壞仍然會發(fā)生在搭接處，因此，應采取措施保證粘貼施工質(zhì)量，才能使本條的構(gòu)造措施發(fā)揮其應有的作用。 附加錨固措施是指：將鋼板或角鋼等先粘貼在碳纖維片材外表面，再用錨栓錨固于混凝土中，錨栓的數(shù)量及布置方式應根據(jù)錨固區(qū)受力大小確定。鋼板壓條厚度不應小于3mm；錨栓規(guī)格應按計算確定，但不應小于M8。此外，設計時尚應考慮因采取附加錨固措施而造成的碳纖維片材損傷對加固效果的影響。 受彎加固 國內(nèi)外的試驗研究表明，在受彎構(gòu)件的受拉面粘貼碳纖維片材進行受彎加固時，截面應變分布仍可采用平截面假定。為防止碳纖維片材最終發(fā)生脆性拉斷破壞，所采用的允許拉應變[]一般為設計極限拉應變的2/3；同時根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50010對構(gòu)件塑性變形的控制條件，[]。 碳纖維片材從開始承受荷載至拉斷，均表現(xiàn)為線彈性。 采用粘貼碳纖維片材進行受彎加固時，構(gòu)件的破壞形態(tài)主要有以下幾種： 1 受拉鋼筋先達到屈服，然后受壓區(qū)混凝土壓壞，此時碳纖維片材未達到其允許拉應變[]； 2 受拉鋼筋先達到屈服，然后碳纖維片材超過其允許拉應變[]并達到極限拉應變而拉斷，此時受壓區(qū)混凝土尚未壓壞； 3 因加固量過大，在受拉鋼筋達到屈服前受壓區(qū)混凝土先壓壞； 4 在達到正截面極限承載能力前，碳纖維片材與混凝土發(fā)生剝離破壞。 對受彎加固，宜按第一種破壞形態(tài)進行設計計算；也可按第二種破壞形態(tài)進行設計計算。第3種破壞形態(tài)，屬脆性破壞，應通過控制加固量上限來避免發(fā)生。，即可控制不發(fā)生第3種破壞形態(tài)。第4種破壞形態(tài)也屬脆性破壞。此時碳纖維片材中的應力狀態(tài)很復雜，極易引起剝離，必須避免。設計時，應通過構(gòu)造或錨固措施予以防止。，因為它是實現(xiàn)本條基本假定和要求的保證。 本條第1款為第1種破壞形態(tài)的受彎承載能力計算公式。公式（–1）從對受拉鋼筋截面形心取矩的力矩平衡方程得到，公式（–2）為力平衡方程，公式（–3）是按平截面假定得到。 本條第2款、第3款為第2種破壞形態(tài)的受彎承載力近似計算公式，此時受壓區(qū)高度很小。第2款中，偏于安全地對受壓區(qū)邊緣混凝土達到極限壓應變且碳纖維片材同時達到允許拉應變的界限狀態(tài)時的受壓區(qū)合力作用點取矩，并取碳纖維片材的應變?yōu)樵试S拉應變，即得公式（–4）。第3款中，對受壓鋼筋合力作用點取矩，并認為受壓鋼筋合力作用點與受壓區(qū)混凝土合力作用點重合，即得公式（–5）。但應指出，由于碳纖維為線彈性材料，當按第二種破壞狀態(tài)進行設計計算時，應要求所采用的碳纖維片材具有較大的伸長率，以提高被加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全可靠性。 另外，由于被加固結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級一般較低，故本規(guī)程受彎承載力計算公式中采用的等效矩形應力圖形系數(shù)，未考慮高強混凝土的影響。 根據(jù)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在正常使用階段受壓區(qū)邊緣混凝土和受拉鋼筋的應變計算公式，按平截面假定可確定加固前在初始彎矩作用下的混凝土拉應變。 根據(jù)計算分析和試驗結(jié)果，當初始彎矩Mi小于未加固截面受彎承載力的20%時，二次受力對受彎極限承載力的影響很小，可以不考慮。 ，是為了避免因加固量過大而導致超筋性質(zhì)的脆性破壞。 因為缺乏成熟的研究成果，本規(guī)程未給出受彎構(gòu)件加固后正常使用階段裂縫和變形的驗算方法，但為了控制加固后構(gòu)件的裂縫寬度和變形，以及考慮到碳纖維片材的加固應用經(jīng)驗尚有不足之處，本規(guī)程對加固后受彎承載力的提高程度作了限制，并對正常使用階段的鋼筋應力作了控制。 在梁側(cè)面受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進行受彎加固時，仍可采用平截面假定來確定碳纖維片材的應變分布。碳纖維片材距受拉區(qū)邊緣越遠，應變越小，越不能充分發(fā)揮作用，因此限制了碳纖維片材在梁側(cè)面受拉區(qū)的粘貼高度，并引入折減系數(shù)來考慮應變不均勻分布的影響。 考慮到受彎加固可能引起構(gòu)件受力狀態(tài)改變從而引發(fā)破壞形態(tài)轉(zhuǎn)化所導致的安全問題，故本條作出了進行受彎加固設計時尚應驗算構(gòu)件的受剪承載力的規(guī)定。 碳纖維片材與混凝土之間粘結(jié)強度的取值，是根據(jù)國內(nèi)試驗研究結(jié)果和工程經(jīng)驗，并參照國外有關設計指南給出的。其中已經(jīng)考慮了施工現(xiàn)場和實驗室的施工質(zhì)量差別、粘結(jié)界面上拉應力和剪應力共同作用等因素的影響。這里應指出的是：由于試驗數(shù)據(jù)不足，不僅未考慮粘結(jié)強度與混凝土強度等級的關系，而且也無法區(qū)別對待板和布粘結(jié)能力的不同，只能按最小值原則取值。在這種情況下，又建議設計時將碳纖維片材延伸至支座邊緣，更是增加了不少安全儲備。由之可見，規(guī)程中統(tǒng)一給出的粘結(jié)強度設計值顯然是偏于保守的。盡管如此，但從新技術推廣應用的角度來考量，這一偏于保守的處理卻是必要的。 本條的構(gòu)造規(guī)定系根據(jù)試驗研究結(jié)果和工程經(jīng)驗制定的，具有安全而實用價值，應得到很好執(zhí)行。 在對負彎矩區(qū)進行加固時，由于靠近梁肋處粘貼的碳纖維片材可以較充分地發(fā)揮作用，而遠離梁肋的碳纖維片材作用較小，故限制了碳纖維片材的粘貼范圍。 由于碳纖維片材在柱端錨固困難，通常不采用碳纖維片材對柱端進行正截面承載力加固。本條的規(guī)定僅適用于柱中部正截面承載力的加固。當被加固位置的碳纖維片材有可靠錨固時，加固后的承載力計算可按截面應變符合平截面假定。 受剪加固、 碳纖維片材的受剪承載力是根據(jù)加固后構(gòu)件達到最大受剪承載力時碳纖維片材的應變發(fā)揮程度確定的。公式（–3）和公式（–3）是根據(jù)國內(nèi)外的試驗結(jié)果分析，并參照美國ACI的有關設計指南給出的。對鋼筋混凝土柱，受剪加固應采取環(huán)向圍束式（封閉式）粘貼，此時，取φ＝1；如不能封閉粘貼，不宜采用碳纖維片材加固。 本章的受剪計算公式均是按碳纖維片材纖維方向與構(gòu)件軸向垂直的情況給出的。當采用斜向粘貼時，應對受剪計算公式作相應改變。 U形箍粘貼質(zhì)量不良時，其端部易發(fā)生剝離破壞，影響碳纖維片材加固作用的發(fā)揮，故應優(yōu)先采用環(huán)形箍。當采用U形箍粘貼時，宜按本條第4款的要求設置水平壓條，以增加粘貼面積，提高抗剝離能力。試驗表明，U形箍如采取了可靠的機械錨固措施，將具有與環(huán)形箍粘貼同樣的效果。 柱的抗震加固 公式（）中的總折算體積配箍率，是根據(jù)我國試驗結(jié)果分析給出的。采用碳纖維片材纏繞加固混凝土柱可以約束混凝土的變形，從而提高混凝土的抗壓強度，降低軸壓比，但這方面的研究目前還不充分，僅當有可靠依據(jù)時，方可考慮其作用。 柱的抗震加固必須采用環(huán)向圍束式粘貼并應有可靠的連接。此時，搭接長度比受彎加固、受剪加固的搭接長度應大一些，才能保證加固效果。5 施工規(guī)定 一般規(guī)定 施工現(xiàn)場的環(huán)境溫度必須符合粘結(jié)材料的使用溫度以保證粘貼質(zhì)量，如果不能滿足，必須采取措施使其滿足要求后再進行粘貼。 當環(huán)境濕度不超過70%時，可不考慮環(huán)境濕度對膠粘劑固化的不利影響。若采用高潮濕面專用膠粘劑，可不受此限制。 本條規(guī)定了配制底膠、修補膠及結(jié)構(gòu)膠粘劑時均應滿足的一般要求。施工時應根據(jù)施工進度和環(huán)境溫度控制每次的拌和量，以保證在粘結(jié)材料規(guī)定的使用時間內(nèi)有效地使用拌和好的粘結(jié)材料。 表面處理 對較大的孔洞、凹陷等應采用高粘結(jié)性能的修復材料修補平整。修復材料宜采用水性環(huán)氧類聚合物砂漿，以保證其與原混凝土粘結(jié)良好。 涂刷底膠 研究結(jié)果表明，在底膠表面指觸干燥時，立即進入下一工序施工，其粘結(jié)效果最好，故作出本規(guī)定。底膠的指觸干燥是指底膠剛達到凝膠的狀態(tài)，即在施工現(xiàn)場以手指觸摸膠層表面有凝膠的感覺，但卻不會粘附手指的狀態(tài)。 找平處理 現(xiàn)場試驗研究結(jié)果表明，在修補膠找平處理的表面達到指觸干燥時，進行下一工序施工，其粘結(jié)效果最好，故作出本條的規(guī)定。 粘貼碳纖維片材 試驗研究和工程經(jīng)驗表明，只有結(jié)構(gòu)膠粘劑充分浸透在碳纖維布中才能保證其粘貼質(zhì)量，否則有很不利的影響。用專用滾筒滾壓碳纖維布時，可以向一個方向，也可以從中間向兩個方向滾動，但不允許來回反復滾動，以免損傷碳纖維，影響粘結(jié)質(zhì)量。6 檢驗及驗收 施工前應對材料安全性能進行檢驗，以保證工程質(zhì)量。 本條中的隱蔽工程指表面處理、涂刷底膠和找平處理三道工序。前一工序檢查合格后方可進入下一道工序的施工，以避免覆蓋后難以檢驗施工質(zhì)量的問題發(fā)生。 本條規(guī)定的檢查方法，是經(jīng)實踐檢驗過的有效而簡便的方法，適用于任何條件下碳纖維片材與混凝土粘貼質(zhì)量的檢查。 對結(jié)構(gòu)加固工程，除了檢查碳纖維片材粘貼的空鼓率外，還應按附錄B的規(guī)定，檢驗碳纖維片材與混凝土基材的正拉粘結(jié)強度，才能對粘貼質(zhì)量做出更可靠的評估，以確保工程安全。50