江苏省镇江市明珠大厦碳纤维布加固方案

6.3.2.1　概述

镇江市明珠大厦位于镇江市火车站对面，原设计为地下二层地上二十二层（局部二十四层，裙楼六层）框架剪力墙结构，钻孔灌注桩基础，该工程自1994年开工建设，已完成基础及地下二层，地上四层，裙楼六层，1997年因故停工至今，成为俗称的“烂尾楼”。现在续建改造后，明珠大厦的功能和结构均发生较大变化，为了满足续建改造工程的需要以及现行规范的要求，必须对已建部分进行改造和加固，通过对既有结构建模分析，确定了以下加固项目和方法（表6.31）。

表6.31　加固项目和加固方法

6.3.2.2　设计施工

采用碳纤维加固技术加固混凝土结构构件时，以不改变原有结构构件的最终破坏形式为准，设计时计算理论采用以概率理论为基础的极限状态进行承载力极限状态和正常使用极限状态的计算，将碳纤维布按强度换算成钢筋量，按照与钢筋混凝土构件抗弯计算同样的方法进行计算，合成的截面共同抵抗外力造成的荷载及增加的静荷载，考虑到碳纤维布与被加固构件中受拉钢筋的变形协调，取受拉钢筋极限应变状态时的碳纤维拉应力作为设计强度。碳纤维沿钢筋混凝土构件强度不足的主筋方向配置，抗剪加固时可采用封闭式或侧面粘贴，纤维方向宜与轴线方向垂直，且应有可靠的锚固，锚固长度应通过计算决定，端部自然锚固长度不应小于250mm×n（n为粘贴层数），搭接部位，重叠部分长度不小于10cm。

（1）抗剪柱加固。根据《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS146：2003），斜截面承受剪承载力计算

式中　Vc——柱的剪力设计值；

　　　Vcmc——未加固钢筋混凝土柱的受剪承载力；

　　　Vccf——碳纤维片材承担的承载力；

　　　εcfu——碳纤维与钢筋混凝土应变；

　　　Ecf——碳纤维布弹模；

　　　hcf——碳纤维布高；

　　　tcf——碳纤维布厚；

　　　ωcf——碳纤维片材条带宽；

　　　scf——碳纤维布平均间距；

　　　n——柱的轴压比；

　　　λc——柱的剪跨比。

通过建模计算，抗剪柱加固设计如图6.17所示。

（2）框架梁加固。碳纤维加固框架梁是碳纤维加固工程中加固机理、施工方法和设计方法都最为成熟的，所以应用最广。对受弯构件进行受弯加固前应先进行受剪承载力验算，避免受剪破坏先于受弯破坏发生。可不考虑二次受力的影响，对各框架梁根据混凝土受压区高度x与ξcfb、ξbh0、2a′的关系，分别采取对应的受弯承载力计算公式。

图6.17　抗剪柱加固设计

如x大于ξcfb，且小于ξbh0时

混凝土受压区高度x和受拉面上碳纤维布的拉应变εcf按式（6.3）确定：

式中　M——包含初始弯矩的总弯矩设计值；

　　　Acf——受拉面上粘贴的碳纤维布截面面积；

　　　fc——混凝土轴心抗压强度设计值；

　　　Ecf——碳纤维布的弹性模量；(www.xing528.com)

　　　εcf、εcu——碳纤维布拉应变、混凝土极限压应变，取0.0033。

（3）施工用料及工艺。碳纤维布及其配套粘结剂分别见表6.32与表6.33。

表6.32　碳纤维布主要技术指标

表6.33　粘结用结构胶主要技术指标

1）应对所有使用的碳纤维主材、配套树脂、机具等做好施工前的准备工作。

2）应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀、炭化等劣质混凝土，并修复平整表面。

3）混凝土表面应清理干净并保持干燥。

4）按工艺规定配制底层树脂，用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，宜在底层树脂表面指触干燥后尽快进行下道工序的施工。

5）按工艺规定配制好找平材料，应对混凝土表面凹部位用找平材料填补平，在找平材料表面指触干燥后，尽快进行下道工序的施工。

6）应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，按工艺规定配制浸渍树脂，并均匀涂抹于粘贴部位，将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴位置，用滚筒刷顺纤维方向多次滚压排除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布，多层粘贴时应多次重复上述步骤并宜在纤维表面浸渍树脂指触干燥后尽快进行下一层粘贴，在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

7）如粘贴后的碳纤维布有少量的空鼓，可用针管注入树脂压实。

施工过程中应注意以下两条：

1）碳纤维是导电体，施工时应注意绝缘。

2）温度低于5℃时应采取保温措施或暂停施工。

6.3.2.3　效果

通过明珠大厦加固实例表明：采用碳纤维加固钢筋混凝土构件，可以有效防止裂缝出现和发展，使之处于合理的受力状态；可以显著提高抗剪和抗弯强度，提高构件的使用寿命。