摘要：文章结合上海市宝山区杨行镇某项目酒店工程的现实特点，阐述上海市的结构加固工作原则，并对混凝土板的碳纤维加固简化计算，以及梁板的碳纤维施工方法进行了具体探讨，提出了碳纤维施工的质量控制措施。
关键词：碳纤维；抗震鉴定；混凝土梁板加固；施工方法
引言
碳纤维布轻质高强、施工简便、可曲面或转折粘贴、重量轻及耐腐蚀性好等优点，加固后基本不增加原构件重量，不影响结构外形，施工工期短，具有良好的经济效益和社会效益。且碳纤维布在实际应用的过程中，其应用效果较为良好，有助于提升建筑工程的施工效果与水平，充分发挥在施工作业的积极作用，促进各方面工作的合理落实与发展，全面提升整体工作可靠性与有效性，满足当前的实际发展需求。
本文结合实际案例就碳纤维在混凝土梁板结构加固中的一些设计、施工问题进行了研究，针对一些常见问题提出了解决措施和思路，供同行参考。
一.工程概况
该酒店位于上海市宝山区杨行镇YH-B-01单元20-01、21-01地块，东至规划兰雅路、西至规划月晖路，南至友谊路、北至规划桂泰路。房屋整体平面形状近似H型，房屋总建筑面积为10632.99平方米，由两个结构单元组成，分别为主楼和裙楼。裙房地上两层，地下一层，为钢筋混凝土框架结构。主楼地上十层，地下一层，为钢筋混凝土框架剪力墙结构。梁板混凝土等级强度为C30。
由于该酒店的主体结构（包括填充墙砌筑）已施工完成，结构专业根据计算，部分结构构件需进行改造加固处理才能满足使用功能调整，本次加固范围为二层至屋面混凝土结构梁板。主要包括：1、裙房屋面增加部分设备管井，需在既有楼板上进行开洞处理，部分设备基础需移位，均需进行结构加固处理。2、主楼由于使用功能改变，部分梁板的使用荷载增加，原设计梁板配筋不足，需进行结构加固处理；增设部分电气、暖通洞口，需在既有楼板上进行开洞处理，洞口周围应进行加强；3、主楼由于增加客房数量，需增设部分墙体，新增墙体需在既有混凝土板上砌筑，部分原设计楼板钢筋不满足现有要求，需进行加固处理。
二.结构加固工作原则
根据现行国家及上海市抗震设计规范要求，必须对该房屋的结构体系及抗震构造措施进行抗震鉴定。
1、混凝土结构加固前，应进行结构鉴定，确定是否需要加固以及加固方案。
2、结构加固工作必须遵循以下原则：
原结构抗震性能鉴定
加固方案选择
加固施工图设计
施工图审查
施工组织设计
施工
竣工验收
在加固工作中，需要先做好抗震性能的鉴定工作，针对抗震性能进行合理的检测分析，了解实际性能状况与特点，更好的完成目前的抗震性能分析工作。然后需要选择合适的加固工作方案，因地制宜的针对加固方案进行设计与调查，协调各方面工作之间的关系，确保能够全面提升结构加固处理工作效果与水平，满足当前的工作要求。在此之后需要进行加固施工图纸的设计，遵循具体的加固要求做好图纸设计工作，提升设计参数与成果的可行性。之后需要进行施工图纸的审查分析，严格调查施工图纸具体内容与状况，对其进行合理的协调，一旦发现施工图纸中有问题，就要采用合理的措施整改图纸，以免影响整体工作效果。之后需要做好施工组织的设计工作，在组织设计方面遵循科学化与合理化的原则，编制完善的计划方案，针对相关的组织设计模式与内容进行分析，了解实际状况，然后利用科学化与合理化的方式方法开展相关的施工组织活动，以此提升各方面组织设计水平。之后应当做好施工工作，编制完善的施工计划方案，按照目前的实际状况针对施工工作进行管理与控制，协调各方面施工工作之间的关系，以此提升整体工作水平。最后在施工工作结束以后，应制定完善的竣工验收方案，通过竣工验收方式，针对工程的实际状况进行分析，开展施工图纸与施工情况的对比工作，全面提升各方面施工工作效果，达到预期的加固管理目的。如若在竣工期间发现有加固工程出现了稳定性问题，就要采用合理的措施解决问题，总结丰富的工作经验，创建科学化与合理化的管控模式，凸显相关工作的积极作用。
三.抗震鉴定
由于房屋目前局部使用功能需调整，为了解房屋的抗震性能，建设单位委托上海宝冶房屋质量检测站对该房屋进行抗震鉴定，为后续改造使用提供依据。具体工作内容如下：
根据上海市相关规范的规定，针对受检房屋的特点和实际状况，本次检测鉴定的主要内容包括：原有结构复核，根据原设计图纸对既有结构的平面布置，构件尺寸、配筋及层高进行复核；结构主要材料强度检测，现场对混凝土的强度进行检测；房屋倾斜和沉降差的测量；结构损伤检测，如开裂、破损、露筋等情况的检测；钢筋锈蚀程度检测，如锈蚀率、锈蚀范围；混凝土构件的保护层厚度、碳化深度检测等；房屋抗震构造措施核查；对房屋的结构建立模型，进行结构分析计算；综合现场检测情况、抗震构造措施核查和抗震计算分析结果，评估房屋的抗震能力，并对改造可行性进行评价。
根据初步改造方案，主楼的个别屋面梁和部分楼板承载力不满足规范要求，除此之外，其他混凝土构件承载力均满足规范要求；裙房的部分二层梁承载力不满足规范要求，除此之外，其他混凝土构件承载力均满足规范要求。
抗震检测的建议：
（1）对承载力不足的混凝土楼板，建议采用粘贴碳纤维布或者粘贴钢板等方式进行加固。
（2）对新增隔墙位置的混凝土楼板，建议在隔墙位置的楼板底部粘贴碳纤维布或者钢板进行局部补强处理。
（3）对承载力不足的混凝土梁，可采用增大截面、粘贴钢板、粘贴碳纤维布等方法进行加固。
（4）加固设计应由有相应资质的设计单位完成，加固施工应由有相应资质的施工单位完成。
四.碳纤维加固的选用依据
根据上述抗震鉴定报告的建议，混凝土梁板结构可选用的加固方法主要有：粘贴碳纤维、粘贴钢板及增大截面等三种加固方法。但后两种加固方法在应用过程中存在一些比较明显的缺点：如外包钢板加固法施工时需要切割钢板，施工难度大，同时钢材抗锈蚀能力差，而增大截面加固法会导致梁的结构尺寸增加，从而建筑物的使用空间减少，同时施工周期长，造价高。采用碳纤维加固法可以较好的弥补前两种加固方法的劣势，施工简便、经济合理。最终确定本工程大部分的梁板加固采用碳纤维布加固。
五.板碳纤维加固的简化计算
以《9-3~9-9轴8.950m层板配筋图》中轴9-4轴~9-5轴/9-B轴~9-C轴新增填充墙板底加固为例。根据等强度代换的原理,对于新增墙体线荷载采用碳纤维布对楼板补强。
5.1计算参数：
AS→钢筋截面面积
FY→钢筋的抗拉强度设计值。原设计为三级钢，取360MPa。
fcf→碳纤维片材抗拉强度设计值。I级碳纤维布，取1600MPa。
Acf→受拉面上粘贴的碳纤维片材截面面积
Km→碳纤维片材的厚度折减系数
ncf→碳纤维片材的粘贴层数
5.2计算原理：等强度代换
已知条件：层高3.9m板厚120mm
砌块容重5.5kN/m³ 水泥砂浆容重：20kN/m³
恒荷载：
填充墙200厚 5.5*（3.9-0.12）*0.2=4.158kN/m
两侧水泥砂浆粉刷 20*（3.9-0.12）*0.02*2=3.024kN/m
合计：7.182kN/m
取每米板跨计算，墙下楼板配筋为每米AS=460mm2
原设计楼板配筋为
8@200，AS=251mm2。
所以缺钢筋面积：AS=460-251=209mm2
设计暂定粘贴三层碳纤维布，折减系数Km=0.599，则碳纤维布的截面面积为：
Acf=FYAS/fcfKm=360×209/1600*0.599=78.5mm2
由于碳纤维布的计算厚度为0.167mm计算，则碳纤维布的宽度为：
B=78.5mm2/0.167mm=470.09mm
粘贴碳纤维布500mm三层，即500*3=1500mm>470.09mm。满足设计要求。
六.梁板碳纤维加固的施工方法
6.1前期的施工准备
原材料碳纤维布与相应的配套胶进场施工前，需核对其产品合格证及相关测试报告，并见证取样、送样检测，确保材料的抗拉强度等各项指标满足设计要求。根据加固设计图纸在需要加固的混凝土梁板表面现场精确定位、放线，保证粘贴位置的准确性。
6.2混凝土基底的表面处理
根据放样使用磨光机将被粘贴的梁板表面打磨，直至露出混凝土结构基底，并采用环氧腻子将表面修复平整。混凝土梁的阳角处要进行倒角处理并打磨成圆角，圆弧半径不小于20mm。基底打磨完成后，使用便携式吹风机将粘贴面清理干净并保持干燥。
6.3调制并涂刷底胶
按照产品供应商提供的底胶调制说明书进行现场调制，调好的底胶必须根据环境温度在规定的使用时间内用完（包括后续工序使用的找平胶及粘贴胶）。用滚筒将底胶均匀地涂刷在干净的混凝土基底表面，使底胶渗透到混凝土表面的孔隙中，保证基底粘结牢靠。等到底胶的表面指触干燥后，即进行下一道工序的施工。
6.4调制并涂刷找平胶
按照规定比例调制找平胶，然后用找平胶对混凝土表面的凹陷部位进行修复，并用磨光机将其磨平，尽量减少高低差。转角部位应用找平胶涂抹成光滑的圆弧状，圆弧半径不小于20mm。等到找平胶的表面指触干燥后，即进行下一道工序的施工。
6.5粘贴碳纤维布（碳纤维为高强I级，级别300g。粘贴胶为A级，I类胶）
先按照设计图纸的尺寸及层数要求裁剪碳纤维布，并按照规定比例调制粘贴胶，然后用滚筒将粘贴胶均匀涂刷在所要粘贴的部位。将碳纤维布敷摊在涂好粘贴胶的基层上，用滚筒顺纤维方向在已贴好的碳纤维布表面来回、多次滚压，排除气泡，并使粘贴胶充分浸透到碳纤维布中去。多层粘贴重复以上步骤，待粘贴胶的表面指触干燥后即可进行下一层纤维布的粘贴。在最后一层的碳纤维布表面均匀涂刷粘贴胶。
6.6碳纤维布的表面保护
按照设计图纸的要求，碳纤维布表面需涂刷厚型防火涂料，防火涂料遍数及厚度需满足设计、施工验收规范要求。
6.7施工时的质量要求及验收
碳纤维布顺着受力方向的搭接长度不小于10cm，多层碳纤维布施工时，各层碳纤维布的搭接位置宜相互错开。梁板碳纤维布的端部固定根据设计要求粘贴20cm宽横向压条。碳纤维布与混凝土基底的粘结质量是施工质量的控制重点，可以使用小锤对碳纤维布的表面进行轻击，根据回音的不同来辨别是否有空鼓现象，如有空鼓时可采用针管注浆进行补救。为了检测现场施工质量，建设单位还可以委托有资质的第三方检测单位在现场抽样进行正拉粘结强度试验，破坏状态应为混凝土内聚破坏。
七.结束语
碳纤维加固技术是一种相对成熟的结构加固技术，并随着碳纤维施工的综合成本逐渐降低，碳纤维的应用必将会越来越广泛，其优越性也会越来越明显。
参考文献
[1]上海市《纤维增强复合材料加固混凝土结构技术规程》DG/TJ08- 012-2002.
[2]《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146:2003（2007年版）.
论文作者:刘木华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：碳纤维论文; 混凝土论文; 结构论文; 工作论文; 楼板论文; 表面论文; 房屋论文; 《基层建设》2019年第2期论文;