碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)的這項(xiàng)技術(shù)起步很晚，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和交通事業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有建筑中有相當(dāng)一部分由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低造成歷史遺留問(wèn)題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿足當(dāng)前規(guī)范使用的需求，亟需進(jìn)行維修、加固。目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。碳纖維CFRP是整個(gè)土木工程界使用最為廣泛且熱門的加固材料，該項(xiàng)加固技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代，于90年代后期在我國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多科研單位和高校就碳纖維CFRP加固混凝土構(gòu)件這項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。

　　1 碳纖維加固鋼筋混凝土梁的特點(diǎn)

　　碳纖維加固鋼筋混凝土梁所使用的產(chǎn)品是碳纖維，是一種高強(qiáng)度的纖維制品，是一種導(dǎo)性材料。在當(dāng)前的加固行業(yè)中，碳纖維的使用主要有兩種個(gè)，一種是碳纖維布，另一種是炭纖維板。對(duì)于碳纖維用于新建筑物，我國(guó)對(duì)其進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為可以將碳纖維材料進(jìn)行加工，變成片狀、棒狀或者卷狀，具有普通的鋼材料無(wú)法比擬的極高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，能增強(qiáng)梁的變形性能。

　　與其他的建筑材料加固鋼筋混凝土梁相比，碳纖維加固混凝土梁具有如下優(yōu)點(diǎn)：第一，具有較高的強(qiáng)度和模量。由于碳纖維材料具有較高的強(qiáng)度和模量，因此，利用碳纖維材料對(duì)混凝土梁進(jìn)行加固，可以提高提高梁的承載力和抗變形性能，達(dá)到高度加固的目的。第二，具有較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。由于碳纖維材料具有比較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，不會(huì)和酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，利用碳纖維材料對(duì)混凝土梁進(jìn)行加固具有較好的耐酸堿和耐腐蝕性，能防止加固過(guò)程中遇到的化學(xué)腐蝕問(wèn)題。第三，具有質(zhì)量輕和厚度薄的特點(diǎn)。碳纖維材料的這種特點(diǎn)，可是使加固后的構(gòu)建不增加自身重量，同時(shí)其薄的特點(diǎn)也不會(huì)引起尺寸的明顯變化。第四，具有較好的柔韌性。碳纖維的這種特點(diǎn)使得其很容易被裁減，利用它可以對(duì)各種結(jié)構(gòu)類型、部位和形狀的建筑物進(jìn)行加固。同時(shí)，它的柔韌性特點(diǎn)使得其還可以被用于大型橋梁的橋墩、大型筒體、隧道等一些其他加固技術(shù)無(wú)法實(shí)施的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。第五，具有占地面積少的特點(diǎn)。碳纖維材料在用于混凝土加固時(shí)，不需要大型的施工機(jī)械，因而只需占用較少的施工場(chǎng)地，施工功效相對(duì)較高。

　　綜上所述，碳纖維材料是一種新興的加固材料，利用其進(jìn)行鋼筋混凝土梁加固，有很好的加固效果，在實(shí)際的運(yùn)用中具有重要的推廣作用。

　　2 碳纖維加固鋼筋混凝土梁變形性能影響因素分析

　　在碳纖維加固鋼筋混凝土梁時(shí)，影響其變形性能的因素有很多，除了碳纖維本身的粘貼層數(shù)外，還有混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、縱筋配筋率、橫截面高度和剪跨比都會(huì)對(duì)碳纖維加固時(shí)的變形性能造成一定的影響。

　　2.1 粘貼層數(shù)碳纖維的粘貼層數(shù)對(duì)加固后的承載力具有較大的影響，從而影響鋼筋混凝土梁的變形性能。如，粘貼一層碳纖維布時(shí)，極限承載力較未加固梁提高了13.6%；粘貼兩層時(shí)，極限承載力較未加固梁提高了21.9%；粘貼三層時(shí)，極限承載力較未加固梁提高了30.8%；粘貼四層時(shí)，極限承載力較未加固梁提高了41.7%；粘貼五層時(shí)，極限承載力較未加固梁提高了45.80k。然而承載力的提高幅度并不是和碳纖維的粘貼層數(shù)成正比關(guān)系的，而是呈現(xiàn)一種雙線性的關(guān)系，即當(dāng)粘貼層數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后，承載力的提高幅度呈現(xiàn)逐漸較少的趨勢(shì)。也就是說(shuō)，隨著粘貼層數(shù)的增加，碳纖維加固鋼筋混凝土梁的承載力的提高幅度的增長(zhǎng)率逐漸下降，進(jìn)而梁也會(huì)出現(xiàn)更高的變形。根據(jù)這一影響因素的分析，我們認(rèn)為在對(duì)碳纖維的粘貼層進(jìn)行選擇的時(shí)候，要權(quán)衡各種因素后選出最佳層數(shù)。

　　2.2 混凝土的強(qiáng)度等級(jí)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)也會(huì)對(duì)碳纖維的加固效果產(chǎn)生重要影響，并最終影響到碳纖維加固鋼筋混凝土梁的變形性能?；炷鹊牡燃?jí)強(qiáng)度對(duì)碳纖維的加固影響界限為C30。即當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30的時(shí)候，碳纖維的加固效果是最好的，其變形性能也為最佳。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)大于C30的時(shí)候，碳纖維的加固效果的提高會(huì)隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，進(jìn)而影響到碳纖維加固鋼筋混凝土梁的變形性能。之所以混凝土的等級(jí)強(qiáng)度最佳值為C30，是因?yàn)?，?dāng)混凝土的等級(jí)強(qiáng)度小于C30時(shí)，加固梁會(huì)因?yàn)殇摻畹钠茐亩a(chǎn)生裂縫。隨著混凝上強(qiáng)度提高，極限破壞時(shí)混凝上的受壓區(qū)高度有所減小，因而增加了鋼筋和碳纖維布的內(nèi)力臂長(zhǎng)度，因此使得碳纖維對(duì)極限彎矩的貢獻(xiàn)在原有基礎(chǔ)上增強(qiáng)，承載力提高幅度加大。但是當(dāng)混凝土的等級(jí)強(qiáng)度大于C30時(shí)，加固梁會(huì)因?yàn)榛炷恋膲核槎a(chǎn)生裂縫，并限于鋼筋的拉壞被壓碎。因此，確定混凝土的強(qiáng)度等級(jí)對(duì)于加強(qiáng)碳纖維的加固效果，增強(qiáng)對(duì)鋼筋混凝土量的變形性能具有重要意義。

　　2.3 縱筋配筋率當(dāng)粘貼相同層數(shù)的碳纖維布時(shí)，縱筋配筋率越高的梁，加固后的極限承載力提高幅度就越小，加固效果越差。原因是，由于縱筋配筋面積的增大，增加了極限破壞時(shí)混凝土的受壓區(qū)高度，而減少了鋼筋和碳纖維布的內(nèi)力臂長(zhǎng)度，因此使得碳纖維對(duì)極限彎矩的貢獻(xiàn)在原有基礎(chǔ)上減弱，極限承載力提高幅度降低。配筋率的改變對(duì)梁的極限承載力的提高幅度影響最大，對(duì)加固梁的屈服荷載提高幅度的影響次之，對(duì)加固梁開(kāi)裂荷載的提高幾乎沒(méi)有影響。

　　2.4 橫截面高度橫截面的高度對(duì)加固后的承載力具有重要影響作用，進(jìn)而會(huì)影響到碳纖維加固后的鋼筋混凝土梁變形性能。根據(jù)相關(guān)的研究結(jié)果表明，梁的橫截面高度為500mm是最佳的橫截面高度，是碳纖維加固的最佳效果，具有較高的防變形性能。當(dāng)橫截面高度大于500mm時(shí)，混凝土的壓碎破壞先于鋼筋的拉壞，因此梁的破壞是由混凝土的壓碎破壞引起的，故其極限承載力的提高幅度又有所降低。之所以橫截面為500mm是最佳的高度，是因?yàn)?，?dāng)加固梁的橫截面高度小于500mm的時(shí)候，加固梁會(huì)因?yàn)殇摻畹钠茐亩a(chǎn)生裂縫。同時(shí)，隨著加固梁橫截面高度的不斷增加，鋼筋和碳纖維至今的內(nèi)力臂力度就會(huì)得到增加，從而增強(qiáng)梁的承載力，相應(yīng)的變形性能也增強(qiáng)。但是，當(dāng)加固梁的橫截面大于小于500mm的時(shí)候，加固兩會(huì)因?yàn)榛炷恋膲核槎獾狡茐?，使得加固梁的承載力下降，導(dǎo)致碳纖維的優(yōu)越的抗拉性能沒(méi)有充分的發(fā)揮，從而降低了碳纖維對(duì)極限彎矩的貢獻(xiàn)，出現(xiàn)變形。