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【摘要】本文讨论碳纤维片材在工程中应用的问题，介绍桥梁加固中运用碳纤维片材的几种方法，并以工程实例来介绍碳纤维片材的应用。
【关键词】桥梁加固；碳纤维片材；设计计算；施工工艺
1. 前言
随着国家经济、科技的不断发展，人们对桥梁的要求也不再只停留在满足使用的层次上，人们追求的桥要在结构上符合力学要求，外观上符合美学需求。于是，新型桥、大型桥一座接着一座“面世”，其结构、外观也与世界领先水平接轨。在这种情况下我们是拆除所有旧桥去建新桥，还是积极的应对桥梁“老龄化”的挑战呢？答案明显是后者！于是桥梁加固技术越来越受关注。桥梁结构加固技术主要有：
（1）增大构件截面加固法；
（2）增加辅助构件，如增加混凝土构件、增加体外预应力等；
（3）粘贴补强材料，如粘贴钢板、粘贴碳纤维片材等。本文只详述粘贴碳纤维片材的加固方法。
2. 材料特点及适用条件
碳纤维（CFRP）片材具有轻质高强、易于粘贴、不锈蚀等优点，其中碳纤维布抗拉强度可达普通钢材的十倍以上。CFRP片材可用于抗弯、抗剪、抗压（偏心受压）及抗震等多种形式的加固。该方法适用于混凝土梁式桥、板式桥的抗弯和抗剪加固。对于配筋率较低或钢筋锈蚀严重的旧桥，加固效果尤为显著；还适用于混凝土墩柱的抗剪、抗压补强，抗震延性补强以及地震破坏后的修复等。相信在四川的灾后修复加固会有广泛的应用。
3. 加固类型
（1）抗弯加固：抗弯加固通常是在构件受拉面粘贴CFRP片材，当条件不允许时也可以在构件的侧面粘贴。粘贴时，纤维方向应与加固部位的受拉方向一致。通常在CFRP片材端部设置锚固措施，如U形CFRP压条等。
（2）抗剪加固：抗剪加固中CFRP片材的粘贴形式有多种，从纤维粘贴的方向来看，可垂直构件轴线或与构件成某一倾角，实际工程中通常取CFRP片材纤维方向与构件轴线垂直；从横截面包裹方式上看，通常有封闭包裹粘贴、U形粘贴、双L形粘贴和侧面粘贴等；从纵向粘贴方式来看。CFRP片材可裁剪成条带间隔地粘贴，也可以整片地连续粘贴。此外，对于U形、L形及侧面粘贴，还可在端部加CFRP片材压条进行锚固。
（3）抗震加固：采用环向围束粘贴对柱进行受剪加固，纤维方向应与柱轴向垂直。
4. 设计及计算
4.1设计原则。
4.1.1混凝土桥梁结构自重大，加固时不能完全卸载，必须考虑二次受力。
4.1.2承载力极限状态的验算中要考虑到可能发生的各种破坏形态。通常将破坏模式分为两大类，即粘贴CFRP片材后能整体工作的构件与粘贴CFRP片材后不能整体工作的构件，如CFRP片材脱落等。
4.1.3正常使用极限状态的验算包括：（1）应力的限制。（2）应变的限制。（3）开裂的限制。
4.1.4由实验室条件下得到的经验公式必须有科学的修正安全系数对这些公式进行修正。
4.2抗弯加固设计及计算。
4.2.1基本假定。
4.2.1.1平截面假定：达到受弯承载力极限状态时CFRP片材的应变εcf由平截面假定确定，但不应超过CFRP片材的允许拉应变[εcf]。
4.2.1.2钢筋应力取钢筋应变与其弹性模量的乘积Egεg，但不大于其强度设计值；CFRP片材的拉应力取其弹性模量的拉应力的乘积Ecfεcf。
4.2.1.3达到受弯承载力极限状态前，CFRP片材与混凝土之间不发生黏结破坏。
图1初始弯矩作用下的截面应变
4.2.1.4CFRP片材拉断时的应力取其弹性模量与允许拉应变的乘积Ecf[εcf]。
4.2.1.5当不能卸载考虑二次受力时，加固前在初始弯矩Mi作用下，混凝土受拉区边缘的初始应变εi按如下方法计算（图1）。
【关键词】桥梁加固；碳纤维片材；设计计算；施工工艺
1. 前言
随着国家经济、科技的不断发展，人们对桥梁的要求也不再只停留在满足使用的层次上，人们追求的桥要在结构上符合力学要求，外观上符合美学需求。于是，新型桥、大型桥一座接着一座“面世”，其结构、外观也与世界领先水平接轨。在这种情况下我们是拆除所有旧桥去建新桥，还是积极的应对桥梁“老龄化”的挑战呢？答案明显是后者！于是桥梁加固技术越来越受关注。桥梁结构加固技术主要有：
（1）增大构件截面加固法；
（2）增加辅助构件，如增加混凝土构件、增加体外预应力等；
（3）粘贴补强材料，如粘贴钢板、粘贴碳纤维片材等。本文只详述粘贴碳纤维片材的加固方法。
2. 材料特点及适用条件
碳纤维（CFRP）片材具有轻质高强、易于粘贴、不锈蚀等优点，其中碳纤维布抗拉强度可达普通钢材的十倍以上。CFRP片材可用于抗弯、抗剪、抗压（偏心受压）及抗震等多种形式的加固。该方法适用于混凝土梁式桥、板式桥的抗弯和抗剪加固。对于配筋率较低或钢筋锈蚀严重的旧桥，加固效果尤为显著；还适用于混凝土墩柱的抗剪、抗压补强，抗震延性补强以及地震破坏后的修复等。相信在四川的灾后修复加固会有广泛的应用。
3. 加固类型
（1）抗弯加固：抗弯加固通常是在构件受拉面粘贴CFRP片材，当条件不允许时也可以在构件的侧面粘贴。粘贴时，纤维方向应与加固部位的受拉方向一致。通常在CFRP片材端部设置锚固措施，如U形CFRP压条等。
（2）抗剪加固：抗剪加固中CFRP片材的粘贴形式有多种，从纤维粘贴的方向来看，可垂直构件轴线或与构件成某一倾角，实际工程中通常取CFRP片材纤维方向与构件轴线垂直；从横截面包裹方式上看，通常有封闭包裹粘贴、U形粘贴、双L形粘贴和侧面粘贴等；从纵向粘贴方式来看。CFRP片材可裁剪成条带间隔地粘贴，也可以整片地连续粘贴。此外，对于U形、L形及侧面粘贴，还可在端部加CFRP片材压条进行锚固。
（3）抗震加固：采用环向围束粘贴对柱进行受剪加固，纤维方向应与柱轴向垂直。
4. 设计及计算
4.1设计原则。
4.1.1混凝土桥梁结构自重大，加固时不能完全卸载，必须考虑二次受力。
4.1.2承载力极限状态的验算中要考虑到可能发生的各种破坏形态。通常将破坏模式分为两大类，即粘贴CFRP片材后能整体工作的构件与粘贴CFRP片材后不能整体工作的构件，如CFRP片材脱落等。
4.1.3正常使用极限状态的验算包括：（1）应力的限制。（2）应变的限制。（3）开裂的限制。
4.1.4由实验室条件下得到的经验公式必须有科学的修正安全系数对这些公式进行修正。
4.2抗弯加固设计及计算。
4.2.1基本假定。
4.2.1.1平截面假定：达到受弯承载力极限状态时CFRP片材的应变εcf由平截面假定确定，但不应超过CFRP片材的允许拉应变[εcf]。
4.2.1.2钢筋应力取钢筋应变与其弹性模量的乘积Egεg，但不大于其强度设计值；CFRP片材的拉应力取其弹性模量的拉应力的乘积Ecfεcf。
4.2.1.3达到受弯承载力极限状态前，CFRP片材与混凝土之间不发生黏结破坏。
图1初始弯矩作用下的截面应变
4.2.1.4CFRP片材拉断时的应力取其弹性模量与允许拉应变的乘积Ecf[εcf]。
4.2.1.5当不能卸载考虑二次受力时，加固前在初始弯矩Mi作用下，混凝土受拉区边缘的初始应变εi按如下方法计算（图1）。