在實際加固工(gōng)程中(zhōng)，因設計失誤、施工(gōng)不當或使用(yòng)功能(néng)改變等，造成的結構或構件不能(néng)滿足現行規範規定的正常設計使用(yòng)要求，要使其結構或構件能(néng)夠繼續安(ān)全、正常的使用(yòng)，則必須采取一定的措施進行補強修複。
碳纖維CFRP是整個土木(mù)工(gōng)程界使用(yòng)最為(wèi)廣泛且熱門的加固材料，該項加固技(jì )術興起于20世紀80年代，于90年代後期在我國(guó)迅速發展起來，國(guó)内外很(hěn)多(duō)科(kē)研單位和高校就碳纖維CFRP加固混凝土構件這項新(xīn)技(jì )術進行了大量的研究。随着試驗研究的深入，該加固技(jì )術的适用(yòng)範圍不斷擴大，應用(yòng)技(jì )術不斷改進。
碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱的試驗研究相對較少，但試驗研究結果表明碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱具(jù)有(yǒu)施工(gōng)簡單、抗腐蝕能(néng)力強、約束效果好、基本不需要維修保養等特點，下面就該加固技(jì )術進行簡要介紹。
1、鋼筋混凝土柱CFRP加固機理(lǐ)分(fēn)析
1.1、碳纖維CFRP材料
碳纖維CFRP一般是直徑為(wèi)5μm～20μm的連續纖維，基材由樹脂和固化劑組成，用(yòng)樹脂（内加固化劑）浸潤碳纖維，待樹脂固化後便形成了碳纖維增強塑料（簡稱CFRP）。其特性：密度小(xiǎo)，為(wèi)普通鋼材的1/6；強度高，抗拉強度約為(wèi)普通鋼筋的4～6倍；抗腐蝕性能(néng)好，強度不受酸堿腐蝕介質(zhì)的影響；非磁性，不影響電(diàn)磁信号的傳播；抗疲勞性能(néng)優良，疲勞壽命普遍高于鋼材；溫變系數和混凝土相當；彈性模量和鋼材相近；極限延伸率1%.
1.2、鋼筋混凝土柱CFRP加固原理(lǐ)
鋼筋混凝土柱在承受軸向壓力時，構件是由于受到極限值非常小(xiǎo)的橫向擴張引起的，如能(néng)在構件四周創造橫向約束，以阻止受壓構件的這種橫向擴張，從而提高構件抗壓承載力和變形能(néng)力。
碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱就是在柱混凝土和CFRP增強帶之間産(chǎn)生約束作(zuò)用(yòng)，（它們之間的相互作(zuò)用(yòng)力稱為(wèi)界面約束應力）受橫向界面約束應力的作(zuò)用(yòng)，塑性區(qū)的核心混凝土處于三向應力狀态，與單向受力狀态相比，混凝土的極限壓應變和承載力會提高，在柱彎曲承載力沒有(yǒu)明顯下降的情況下，并不考慮失穩的影響，加固後鋼筋混凝土柱具(jù)有(yǒu)較大的延性變形與耗能(néng)能(néng)力。
1.3、鋼筋混凝土柱在CFRP包裹作(zuò)用(yòng)下的應力分(fēn)布情況
1.3.1、由于CFRP對鋼筋混凝土柱的橫向約束後使CFRP形成軸向拉伸應力，而CFRP的抗彎能(néng)力極弱（一般不考慮），矩形柱在CFRP包裹約束下其最終極限軸向抗壓強度相對圓柱而言大大降低，主要由于側向約束應力不均勻。矩形柱邊中(zhōng)央側向約束弱，拐角處側向應力集中(zhōng)約束較大，柱邊隻有(yǒu)在發生側向塑性變形時CFRP對鋼筋混凝土柱的橫向約束應力才能(néng)極速增長(cháng)。
1.3.2、由于CFRP對鋼筋混凝土柱的約束為(wèi)界面約束，隻有(yǒu)當混凝土向外橫向擴張時（産(chǎn)生塑性變形）CFRP方能(néng)對混凝土産(chǎn)生約束應力，因此柱環向外包CFRP在承受荷載時表現出兩階段的受力過程：第一階段，混凝土軸向壓應力較小(xiǎo)，橫向變形較小(xiǎo)，CFRP受力較小(xiǎo)；第二階段，随着荷載的增加，柱混凝土變形增大，CFRP環向應力顯著增長(cháng)，環向約束力迅速增加，直到當CFRP達到其極限拉伸應變時發生斷裂。
1.3.3、約束混凝土與無約束混凝土應力—應變關系
2、碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱的技(jì )術及施工(gōng)要點
2.1、适用(yòng)範圍及工(gōng)況要求
CFRP加固鋼筋混凝土柱适用(yòng)于圓柱或小(xiǎo)截面矩形柱（截面邊長(cháng)一般小(xiǎo)于800mm），在未失穩狀态下能(néng)大幅提高鋼筋混凝土柱的軸壓承載能(néng)力。加固的前提條件是構件的核心混凝土未被破壞，尚具(jù)有(yǒu)一定的承載和變形能(néng)力。
2.2、CFRP外包鋼筋混凝土加固技(jì )術
2.3、加固施工(gōng)要點：
2.3.1、鋼筋混凝土柱加固前的卸荷，此項工(gōng)作(zuò)往往被忽視，混凝土構件在負荷外包CFRP時，外包CFRP相對于混凝土柱表面存在應變滞後，常發生CFRP尚未被拉斷混凝土已被壓壞的情況，這種效應使得CFRP的補強效果降低，不能(néng)充分(fēn)發揮CFRP的高強抗拉性能(néng)。
2.3.2、矩形柱拐角倒角的半徑不得小(xiǎo)于20mm，柱側最好修成外凸面，減輕角部CFRP的集中(zhōng)應力，很(hěn)多(duō)試驗表明即使如此CFRP的破壞仍然發生在拐角部位。
2.3.3、混凝土構件表面的修複工(gōng)作(zuò)極為(wèi)重要，其直接影響CFRP對混凝土橫向約束效果。
3、結論
1）碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱，能(néng)使混凝土承受軸向受力狀态變為(wèi)三向受力狀态，約束混凝土的承載力和變形能(néng)力得到提高，特别對軸壓比不能(néng)滿足抗震設計規範要求的鋼筋混凝土柱加固效果比較明顯。
2）提高塑性鉸區(qū)的承載力及延性，鋼筋混凝土柱在地震荷載的重複作(zuò)用(yòng)下，上下端會首先出現塑性鉸區(qū)，承載能(néng)力及延性迅速下降，用(yòng)CFRP進行纏繞加固後，塑性鉸區(qū)核心混凝土受到約束極限強度及變形能(néng)力大幅提高。
3）施工(gōng)技(jì )術含量低、工(gōng)藝簡單，約束效果好、抗腐蝕能(néng)力強，隻需保護不需要保養。
4）碳纖維CFRP加固技(jì )術并非萬能(néng)“處方”，有(yǒu)其缺點：有(yǒu)機膠耐高溫性能(néng)差，高溫環境及防火等級要求高的建築不能(néng)使用(yòng)；不規則或大截面矩形柱應有(yǒu)條件使用(yòng)。
碳纖維CFRP是整個土木(mù)工(gōng)程界使用(yòng)最為(wèi)廣泛且熱門的加固材料，該項加固技(jì )術興起于20世紀80年代，于90年代後期在我國(guó)迅速發展起來，國(guó)内外很(hěn)多(duō)科(kē)研單位和高校就碳纖維CFRP加固混凝土構件這項新(xīn)技(jì )術進行了大量的研究。随着試驗研究的深入，該加固技(jì )術的适用(yòng)範圍不斷擴大，應用(yòng)技(jì )術不斷改進。
碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱的試驗研究相對較少，但試驗研究結果表明碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱具(jù)有(yǒu)施工(gōng)簡單、抗腐蝕能(néng)力強、約束效果好、基本不需要維修保養等特點，下面就該加固技(jì )術進行簡要介紹。
1、鋼筋混凝土柱CFRP加固機理(lǐ)分(fēn)析
1.1、碳纖維CFRP材料
碳纖維CFRP一般是直徑為(wèi)5μm～20μm的連續纖維，基材由樹脂和固化劑組成，用(yòng)樹脂（内加固化劑）浸潤碳纖維，待樹脂固化後便形成了碳纖維增強塑料（簡稱CFRP）。其特性：密度小(xiǎo)，為(wèi)普通鋼材的1/6；強度高，抗拉強度約為(wèi)普通鋼筋的4～6倍；抗腐蝕性能(néng)好，強度不受酸堿腐蝕介質(zhì)的影響；非磁性，不影響電(diàn)磁信号的傳播；抗疲勞性能(néng)優良，疲勞壽命普遍高于鋼材；溫變系數和混凝土相當；彈性模量和鋼材相近；極限延伸率1%.
1.2、鋼筋混凝土柱CFRP加固原理(lǐ)
鋼筋混凝土柱在承受軸向壓力時，構件是由于受到極限值非常小(xiǎo)的橫向擴張引起的，如能(néng)在構件四周創造橫向約束，以阻止受壓構件的這種橫向擴張，從而提高構件抗壓承載力和變形能(néng)力。
碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱就是在柱混凝土和CFRP增強帶之間産(chǎn)生約束作(zuò)用(yòng)，（它們之間的相互作(zuò)用(yòng)力稱為(wèi)界面約束應力）受橫向界面約束應力的作(zuò)用(yòng)，塑性區(qū)的核心混凝土處于三向應力狀态，與單向受力狀态相比，混凝土的極限壓應變和承載力會提高，在柱彎曲承載力沒有(yǒu)明顯下降的情況下，并不考慮失穩的影響，加固後鋼筋混凝土柱具(jù)有(yǒu)較大的延性變形與耗能(néng)能(néng)力。
1.3、鋼筋混凝土柱在CFRP包裹作(zuò)用(yòng)下的應力分(fēn)布情況
1.3.1、由于CFRP對鋼筋混凝土柱的橫向約束後使CFRP形成軸向拉伸應力，而CFRP的抗彎能(néng)力極弱（一般不考慮），矩形柱在CFRP包裹約束下其最終極限軸向抗壓強度相對圓柱而言大大降低，主要由于側向約束應力不均勻。矩形柱邊中(zhōng)央側向約束弱，拐角處側向應力集中(zhōng)約束較大，柱邊隻有(yǒu)在發生側向塑性變形時CFRP對鋼筋混凝土柱的橫向約束應力才能(néng)極速增長(cháng)。
1.3.2、由于CFRP對鋼筋混凝土柱的約束為(wèi)界面約束，隻有(yǒu)當混凝土向外橫向擴張時（産(chǎn)生塑性變形）CFRP方能(néng)對混凝土産(chǎn)生約束應力，因此柱環向外包CFRP在承受荷載時表現出兩階段的受力過程：第一階段，混凝土軸向壓應力較小(xiǎo)，橫向變形較小(xiǎo)，CFRP受力較小(xiǎo)；第二階段，随着荷載的增加，柱混凝土變形增大，CFRP環向應力顯著增長(cháng)，環向約束力迅速增加，直到當CFRP達到其極限拉伸應變時發生斷裂。
1.3.3、約束混凝土與無約束混凝土應力—應變關系
2、碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱的技(jì )術及施工(gōng)要點
2.1、适用(yòng)範圍及工(gōng)況要求
CFRP加固鋼筋混凝土柱适用(yòng)于圓柱或小(xiǎo)截面矩形柱（截面邊長(cháng)一般小(xiǎo)于800mm），在未失穩狀态下能(néng)大幅提高鋼筋混凝土柱的軸壓承載能(néng)力。加固的前提條件是構件的核心混凝土未被破壞，尚具(jù)有(yǒu)一定的承載和變形能(néng)力。
2.2、CFRP外包鋼筋混凝土加固技(jì )術
2.3、加固施工(gōng)要點：
2.3.1、鋼筋混凝土柱加固前的卸荷，此項工(gōng)作(zuò)往往被忽視，混凝土構件在負荷外包CFRP時，外包CFRP相對于混凝土柱表面存在應變滞後，常發生CFRP尚未被拉斷混凝土已被壓壞的情況，這種效應使得CFRP的補強效果降低，不能(néng)充分(fēn)發揮CFRP的高強抗拉性能(néng)。
2.3.2、矩形柱拐角倒角的半徑不得小(xiǎo)于20mm，柱側最好修成外凸面，減輕角部CFRP的集中(zhōng)應力，很(hěn)多(duō)試驗表明即使如此CFRP的破壞仍然發生在拐角部位。
2.3.3、混凝土構件表面的修複工(gōng)作(zuò)極為(wèi)重要，其直接影響CFRP對混凝土橫向約束效果。
3、結論
1）碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土柱，能(néng)使混凝土承受軸向受力狀态變為(wèi)三向受力狀态，約束混凝土的承載力和變形能(néng)力得到提高，特别對軸壓比不能(néng)滿足抗震設計規範要求的鋼筋混凝土柱加固效果比較明顯。
2）提高塑性鉸區(qū)的承載力及延性，鋼筋混凝土柱在地震荷載的重複作(zuò)用(yòng)下，上下端會首先出現塑性鉸區(qū)，承載能(néng)力及延性迅速下降，用(yòng)CFRP進行纏繞加固後，塑性鉸區(qū)核心混凝土受到約束極限強度及變形能(néng)力大幅提高。
3）施工(gōng)技(jì )術含量低、工(gōng)藝簡單，約束效果好、抗腐蝕能(néng)力強，隻需保護不需要保養。
4）碳纖維CFRP加固技(jì )術并非萬能(néng)“處方”，有(yǒu)其缺點：有(yǒu)機膠耐高溫性能(néng)差，高溫環境及防火等級要求高的建築不能(néng)使用(yòng)；不規則或大截面矩形柱應有(yǒu)條件使用(yòng)。