预应力碳纤维加固介绍

目前常用的预应力碳纤维加固技术，是在结构受拉区域用化学胶粘剂粘贴碳纤维板或布，使其与构件混凝土及内部钢筋共同承受拉应力。但这种加固工艺对碳纤维材料强度的利用率极低。

一．预应力碳纤维加固介绍：

预应力碳纤维板加固：

预应力碳纤维板加固混凝土梁抗弯性能试验研究，分别完成了底面粘贴预应力碳纤维板和侧面粘贴预应力碳纤维板加固混凝土梁抗弯性能试验。验证了上述张拉装置的适用性,解决侧面张拉造成混凝土梁侧向受弯不利影响的问题。并与普通外贴碳纤维板加固梁进行对比分析,考察预应力值、配筋率和碳纤维板的粘贴高度等因素对加固效果的影响;

（1）参数指标：

弹性模量

抗拉强度

拉伸应变

165～170GPa

2800MPa

 1.7%

（2）对照混凝土钢筋：

弹性模量

抗拉强度

拉伸应变

200GPa

300MPa

 0.15%

当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时，不考虑钢筋原有的初始应变，钢筋屈服时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的8.8%，而在让碳纤维发挥全部强度所需要的1.7%的应变下，混凝土结构会产生较大的变形及明显的裂缝。

2.预应力碳纤维布加固：

     预应力碳纤维布加固混凝土结构技术即先对碳纤维布预先施加预应力，再粘贴到结构表面以起到加固修复作用的加固方法。国内外的试验研究证明：预应力碳纤维布加固技术同普通碳纤维加固技术相比可以极大提高结构的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载；能提高构件的刚度，减少变形；有效抑制裂缝的形成、开展，明显改善结构的工作性能.

二．预应力碳纤维加固具体测试：

施工装置：

按照“一锚固、二安装、三张拉”的设计思路自主研发一套用于加固混凝土结构的碳纤维板

张拉装置,该张拉装置由锚具、张拉及固定支架以及张拉设备组成。分析对锚具的关键尺寸

进行设计与校核。

混凝土梁抗弯性能试验：

底面粘贴预应力碳纤维板和侧面粘贴预应力碳纤维板加固混凝土梁抗弯性能试验。通外贴碳纤维板加固梁进行对比分析,考察预应力值、配筋率和碳纤维板的粘贴高度等因素对加固效果。

钢梁抗弯性能试验：

完成预应力碳纤维板加固H型钢梁抗弯性能试验,考察影响加固效果的因素,通过与普通外贴

碳纤维板加固钢梁进行对比,分析了预应力碳纤维板强度的利用率;

基于ANSYS的非线性有限元分析：

利用有限元软件——ANSYS的非线性分析功能,对本文预应力碳纤维板加固混凝土梁和H型钢梁的受力性能进行了有限元模拟,分析结果与试验结果吻合良好。

混凝土受弯构件理论和设计方法

1)分项计算各项预应力损失,给出各项预应力损失的计算方法,在试验研究的基础上建议预应力总损失的估算值;

2)为保证加固后的构件具有一定的延性保障,提出了根据确定的目标延性系数反算碳纤维板初始应变的设计计算方法;

3)预应力碳纤维板加固混凝土梁分为混凝土压碎和碳纤维板拉断两种破坏模式,基于受弯截面的极限状态分析,分别提出了底面粘贴预应力碳纤维板和侧面粘贴预应力碳纤维板两种破坏模式的判别方法以及正截面抗弯承载力的计算公式;

4)利用我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中有关预应力混凝土梁短期刚度的计算公式,对其计算参数进行修正,提出预应力碳纤维板加固混凝土梁的挠度计算公式;

5)以钢筋屈服后混凝土压碎而碳纤维板未断作为加固设计目标,分别给出底面粘贴预应力碳纤维板和侧面粘贴预应力碳纤维板加固混凝土梁的设计方法;

6)通过—工程实例对所建议的设计方法及施工工艺进行验证;

三．预应力碳纤维加固特点：

安全可靠：

在国外已有近百项实际工程的应用，实践证明，预应力碳纤维板加固系统大大提高了结构的承载力，减小了裂缝宽度和挠度变形。

安装简便：

独特的专利锚具设计，方便在现场进行安装，安装时对原结构损伤小，占用空间小，可在狭小空间进行安装作业。

可靠的专利锚具系统：

经试验和工程检验，该锚具系统锚固力高，安全可靠。(经过多次实验室中试验，锚具部分均未发生破坏)。

配套的碳纤维板、胶粘剂、锚具保证了整个系统的匹配性。整个系统所需配套的碳纤维板、胶粘剂、锚具，材料性能好，匹配性好；实践证明，整个预应力碳纤维板加固系统提供了一个安全可靠的预应力碳纤维加固解决方案。

经济性好：

与普通碳纤维板加固相比，预应力碳纤维板加固系统充分发挥了碳纤维板的强度，降低了碳纤维板的用量（碳纤维板的用量降低了30%-50%）。

适合于大跨度梁、板的抗弯加固。预应力碳纤维板加固系统大大提高了结构的承载力，减小了裂缝宽度和挠度变形，这在大跨度梁、板的抗弯加固上，具有无与伦比的优势。