分析碳纤维布加固和粘钢加固的抗弯抗剪适用性

碳纤维布加固法是近年来在工程加固领域兴起并广泛应用的新型加固技术。碳纤维布本身高强的性能及便捷的操作性能使得它越来越受到加固人的青睐。然而，近日听到有人说，凡是粘钢加固的工程完全可以用碳纤维布加固来代替？这其实是一种错误的说法。虽然两者有很多相似之处，但是在加固应用上还是有所区别的。现在，小悍就和大家一起来认识一下：碳纤维布加固和粘钢加固的适用性。一、粘贴碳纤维布和粘钢加固原理相同粘贴碳纤维布和粘钢加固法是利用树脂类胶结材料将碳纤维布或钢板粘贴于结构表面，并与结构形成整体受力体系，增强被加固结构的抗弯或抗剪能力，从而达到对结构加固补强及改善结构受力性能的目的。二、粘贴碳纤维布和粘钢加固的主要优缺点粘贴碳纤维布和粘钢方法作为加固技术中的姊妹方法，具有相似的主要优缺点。

1.主要优点

坚固耐用；施工快速；简洁轻巧，不损伤原结构，不改变结构外观，现场无湿作业，结构自重增加极微，不会导致建筑物 内其他构件的连锁加固；灵活多样；经济效益较高。

2.主要缺点

施工受环境条件限制，环境温度不超过60℃，粘贴时湿度不超过70%，无化学腐蚀环境，否则应采取措施；使用过程中耐高温和耐火性能差。三、粘贴碳纤维布和粘钢加固各有优劣粘贴碳纤维布轻质高强，常用碳纤维布的自重仅为200～300g／m2，设计厚度为0.111～0.167mm，抗拉强度高，为普通钢材的8～10倍，但各向异性，即抗拉强度高但抗剪强度低；施工更为简便，施工速度为粘钢的2～3倍。

粘钢钢板的物理力学性能为各项同性，受力性能好；施工时需专用夹具和施工机具，施工工序和施工操作性较碳纤维布复杂。四、粘贴碳纤维布和粘钢的适用性对比粘钢时钢板厚度2～5mm，不应超过2层；粘贴碳纤维布时布厚度0.111～0.167mm，不宜超过4层；根据市场调查，一般粘钢价格（按粘贴面积计算）约为粘贴碳纤维布价格的2～3倍。下面就粘贴碳纤维布和粘钢的适用性进行对比分析讨论。

1.抗弯加固

以高强度I级碳纤维布为例，钢板与碳纤维布按抗弯加固等强换算结果见表1。

表1钢板与碳纤维布抗弯加固等强换算结果表（单位：mm）

对于粘贴多层（2～4层）碳纤维布加固时，碳纤维布总厚度应乘以折减系数km=1.16-nfEftf/308000≤0.90，计算结果如下： 0.111mm厚碳纤维布km(2、3、4层)=0.90、0.90、0.81 0.167mm厚碳纤维布km(2、3、4层)=0.90、0.77、0.64

粘贴1～4层碳纤维布与钢板等强换算结果见表1。 从表1中数据分析可得： （1）1层碳纤维布折算Q235钢板厚度0.83～1.79mm，折算Q345钢板厚度0.57～1.24mm；当结构补强所需面积较小，1层碳纤维布满足结构承载力需要时，推荐选用碳纤维布加固方案，经济性和可操作性优势明显，此时选用粘钢加固法将大幅度增加工程造价和施工工期。

（2）2层碳纤维布折算Q235钢板厚度1.49～3.22mm，折算Q345钢板厚度1.03～2.23mm；当结构补强所需面积一般，2层碳纤维布满足结构承载力需要时，宜优先选用碳纤维布加固方案，经济性和可操作性有一定优势，而此时选用粘钢加固法的工程造价和施工工期略高于碳纤维布，为增加结构的安全性也可选用粘钢加固方案。

（3）3层碳纤维布折算Q235钢板厚度2.24～4.13mm，折算Q345钢板厚度1.54～2.86mm；当结构补强所需面积稍大，3层碳纤维布满足结构承载力需要时，粘贴碳纤维布法的经济性和可操作性优势不明显，而粘钢加固法更灵活，宜优先选用粘钢加固方案。

（4）4层碳纤维布折算Q235钢板厚度2.69～4.58mm，折算Q345钢板厚度1.85～3.17mm；当结构补强所需面积较大，4层（根据km可以得出，粘贴碳纤维布层数不宜超过4层）及4层以上碳纤维布满足结构承载力需要时，粘钢加固法更具经济性和施工操作性，推荐选用粘钢加固方案。

2.抗剪加固

以高强度I级碳纤维布为例， 钢板与碳纤维布按抗剪加固等强换算结果见表2。

表2钢板与碳纤维布抗剪加固等强换算结果表（单位：mm）

同上，对于粘贴多层碳纤维布加固时，碳纤维布总厚度尚应乘以折减系数km。 根据表2数据分析可得： （1）1层碳纤维布折算Q235钢板厚度0.23 （0.46）～0.50（1.00）mm，折算Q345钢板厚度0.16（0.32）～0.35（0.69）mm，由此可见，抗剪加固时粘钢加固法的经济性和适用性明显优于粘贴碳纤维布，这是由于碳纤维布为各向异性材料，抗拉强度高但抗剪强度低，因此《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）中实行强度折减，折减系数为0.28或0.56。

（2）数据表明，只有当抗剪加固构件斜截面抗剪需补足的箍筋面积较小，粘贴1～2层碳纤维布即可满足要求时，方可优先选用粘贴碳纤维布加固方案，其使用范围大幅受限。