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摘要：近年来，我国的碳纤维技术得到了较为快速的发展，并在很多领域中得到了应用。其中，碳纤维材料在混凝土结构加固中具有着较好的应用效果。在本文中，将就粘接碳纤维材料加固混凝土结构设计方法进行一定的研究。
关键词：粘接碳纤维材料；加固混凝土结构；设计方法；
1 引言
混凝土材料从应用开始以来，则因为所具有的稳定、优良物理力学性能而得到了较为广泛的应用，并成为了现今城市建筑建设中的首选材料。而随着时间的发展，混凝土结构在应用一定时间后则会出现劣化以及老化现象。同时，如果使用不合理、建筑结构用途变化以及维修保养缺乏等情况也都会使原结构急需进行加固以及修复处理。在以往工作中，主要以混凝土喷射、加大截面以及外包钢的方式对混凝土结构进行修复以及改造，而随着近年来碳纤维材料的发展，其在建筑修复方面也具有了更广的应用范围。对此，就需要能够做好材料特征把握，以科学方式的应用对其进行设计。
2 碳纤维材料力学性能
目前来说，主要有两种碳纤维材料适合应用在混凝土结构加固工作当中，即高强度以及高弹模型。同钢筋相比，高强度碳纤维具有10倍以上的抗拉强度，且在弹性硬度方面同钢筋较为类似。而对于高弹模型碳纤维材料来说，其同钢筋比大出7倍左右的强度，弹性模量同钢筋相比大2倍左右，可以说具有着较好的力学性能表现。
3 混凝土加固中碳纤维材料设计方式
3.1 梁板受弯加固
在使用碳纤维对梁板进行加固处理之后，梁板则具有以下受弯特征：第一，压区混凝土达到极限应变，混凝土出现被压碎情况；第二，在碳纤维材料最大弯矩截面位置因强度达到其极限强度而出现断裂情况；第三，混凝土截面同碳纤维材料间出现剪切破坏情况。经过试验可以发现，在粘贴质量具有保障、且混凝土基面得到较好处理的情况下，往往在靠近梁底混凝土部分出现破坏情况，而不是在碳纤维同混凝土的粘贴截面位置发生破坏情况。从上述研究可以了解到，在实际开展梁板抗弯加固设计时，则需要对碳纤维极限应变以及混凝土同碳纤维间粘结力对加固结果具有的限制进行充分的考虑，并根据其所使用材料的不同进行试验值确定。
3.2 梁抗剪加固
如果混凝土梁抗剪能力存在一定的不足情况，则可以通过在其外部对碳纤维材料进行粘贴的方式实现梁的抗剪加固。而就目前来说，在混凝土梁抗剪加固方面所具有的研究还不是很多，其主要的研究方式有：第一，按照类似箍筋的方式对碳纤维材料进行处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆即认为其能够达到试验测定的最大允许应变；第二，认为该材料抗剪力大小同混凝土粘接面间具有密切的联系，在对粘结面进行剥离时，材料将对平均剪应力进行承担，而所使用碳纤维材料抗拉强度就是抗剪上限。而除此之外，还有一种方式能够对上述两种方式的有点进行综合，即在按照箍筋方式碳纤维材料进行处理后对粘结强度在其剪应力方面的影响进行充分分析。即在对70×110mm截面梁进行应用的基础上，在其两侧对碳纤维材料进行粘贴。而在设计前，则可以先对其进行试验，即首先进行破坏试验，对在对碳纤维材料进行破坏时其同结构梁贴面的情况进行分析。在最终极限状态下，观察碳纤维材料剪力荷载情况下的数值，其包括有部分剪力、完全剪力传递以及完全剥离区等。一般来说，都会以小尺寸构件进行试验分析，而同小尺寸构件相比，大尺寸构件在粘结传力长度方面相对较小，即说明以小尺寸构件进行试验时，所获得数值对于具有较大尺寸梁来说具有着较为保守的特点。同时，通过研究也可以发现，在斜裂缝同纤维取向方向具有垂直特征时，则能够获得更好的加固效果。
3.3 混凝土柱横向约束加固
对于加固混凝土柱来说，其在以碳纤维材料进行处理之后，一般会通过横向约束方式的应用对柱的承载力进行提升，在对柱延性进行增加的同时获得更高的抗剪抗弯能力。对于环向螺旋钢筋来说，则能够对该种作用进行提供，但由于其由钢筋材料组成，则在使用一定时间后非常容易出现锈蚀情况，而如果混凝土出现片状剥落情况，钢筋就不能够对应有的约束作用进行发挥，而当钢筋笼内部混凝土压碎之后，也将在使钢筋应力得到释放后产生该种情况。在以往方式中，经常通过钢维套方式的应用对混凝土侧向约束进行加强，能够对柱的延性以及承载力进行大幅度的提升，但对于该种方式来说，其并不能够对腐蚀问题进行较好解决，且对施工方面具有着较高的要求。而通过碳纤维材料的应用对混凝土柱进行加固，则具有着约束效果好、施工简单以及抗腐蚀能力强等特点，在完成处理之后，混凝土柱表面基本上不再需要进行保养以及维护。
钢筋混凝土柱加固方面，需要在环向进行实现，这是因为对于该方向来说，其可以说是对约束进行增加的最为有效方向。但对于该观点来说，其是在不同钢材各项具有同性特征基础上的，通过取向纤维材料的应用，将产生高度的各向异性。此外，除了对轴向承载力进行提升之外，围套也需要能够在对抗剪力进行抵抗的同时对混凝土破坏产生抑制作用，甚至在内部混凝土受到破坏之后还能够具有相当的承载力。在国外相关研究中也体现了，在纤维各向异性的情况下，围套的布置方向和层数对柱的横向约束效果和整体性提高程度有显著的影响。通过研究可以发现，对于大多数以环向取向的外包围套试件来说，其同不包围套试件相比在延性以及强度方面具有较大的提升，在45°取向情况下，其延性以及试件强度提升情况最小，且这几种取向纤维层在刚度方面并不存在显著的差异。对此，从实际工程情况角度看来，环向纤维层材料同其他方式相比具有着更高的使用效率。而需要注意的是，通过该种方式并不能够对结构因为沿环向剥离和破坏而突然破坏的问题进行阻止，需要在设计设计中引起重视。
4 结束语
随着使用时间的增长，很多建筑的混凝土结构也逐渐出现了问题，如果对其进行替换，无论从成本还是人工方面都不很现实。碳纤维材料的出现，为我们提供了较好的问题解决方向，在实际工作中，需要能够充分联系碳纤维材料特点以及目标实际，通过科学设计方式的应用获得更好的修复效果。
参考文献
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[2]赵宏伟.房屋建筑结构设计体系选型及抗震设计探讨[J].山西科技，2012(05).
论文作者:杨进
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/3
标签：碳纤维论文; 混凝土论文; 材料论文; 方式论文; 情况论文; 钢筋论文; 剪力论文; 《基层建设》2016年10期论文;