碳纤维加固梁的破坏形态分析

随着建筑业的发展，对混凝土结构加固的重要性也日益突出。旧有建筑存在承载力不足或使用功能改变等状况，因此必须对混凝土加固效果及影响结构加固的因素作深入研究。现在，小悍先来聊一聊---碳纤维加固梁的破坏形态。

国内外大量试验结果表明，碳纤维加固梁的破坏形态有以下五种：

一、超筋破坏

超筋破坏示意图

当原结构配筋量很高或碳纤维加固过量，构件受力后在受拉钢筋达到屈服前（或刚过屈服不久时），受压区混凝土先压坏。此时CFRP复合材的应力仅达到设计强度的1/10左右，其强度远未得到充分发挥，加固的经济效益低，且破坏时显脆性性质，应予以避免。用限制相对受压区高度ξbf和CFRP的加固量来控制。

二、适筋破坏Ⅰ  

适筋破坏示意图

当原结构配筋量适中，采用CFRP加固补强后，结构受拉区钢筋先屈服，然后中和轴上升，裂缝开展，受压区高度变小，然后受压区混凝土压坏，而此时CFRP的拉应力较高，但未达到设计强度和容许应变。

三、适筋破坏Ⅱ

少筋破坏示意图

当原结构配筋量较少且CFRP片材配置量也较少时，梁受弯开裂后裂缝条数较少，裂缝间距较长，而受拉区混凝土应变集中反应在某一两条裂缝时，当受拉钢筋屈服后，CFRP应力很快达到设计应力fcf和容许应变[εcf]，继而超过fcf且相应应变达到极限拉应变拉断，而此时受压区混凝土尚未压坏，它类似于少肠梁的破坏形态。由于碳纤维为弹性材料，应力---应变曲线为直线分布，碳纤维拉断较突然，属于脆性破坏特征。但破坏之前裂缝较宽，有破坏前兆，仍属允许设计的范畴，称适筋破坏情况Ⅱ。

碳纤维片材的极限拉应变为15000~20000με，破坏时呈脆性，为了保证加固后受弯构件有足够的安全储备，设计中取碳纤维片材的极限应变小于10000με，设计抗拉强度指标不超过2000~2500MPa。

四、混凝土保护层剪切受拉剥离破坏混凝土简支梁在梁底粘碳纤维加固时，靠近支座处的碳纤维片材端部，平行于梁底平面处的混凝土层、胶层和碳纤维层中，剪应力ζ和正应力σ（剥离应力）有明显的应力集中。在这三种材料中，胶层中的应力集中高，其剪应力集中系数为6~10。与梁底平面垂直方向的正应力σ，也存在严重的应力集中，端部出现很大的正剥离（扯离）应力，正剥离应力很快衰减下来变成负应力（挤压），然后恢复到应力为零。用有限元分析表明，剥离应力σz应力集中的范围为两倍梁高左右。当纤维片材端部粘结锚固强度不够或混凝土保护层强度太低时，可能出现剪切受拉剥离破坏。

五、粘结破坏当粘贴碳纤维片材施工不当、锚固长度不足或粘胶材料强度太低时，会出现胶层的粘结失败，导致CFRP与混凝土基层间的粘结剥离，使CFRP的高强度性能得不到充分发挥而发生粘结破坏，此种破坏呈脆性性质。

对于第四、五两种破坏形态，在加固时，通过构造措施和对材料物理力学性质的检测加以防止；对于第二、三种破坏形态，需要在加固设计时，提前验算其受弯加固构件正截面承载力。在以后的推送中，小悍会继续跟大家聊碳纤维受弯构件正截面的计算等相关内容，一起来讨论哦！