设计与构造
一、设计基本原则与一般规定
1 、采用粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构时，应通过配套粘结材料将碳纤维片材粘贴于构件表面，使碳纤维片材承受拉应力，并与混凝土变形协调，共同受力。
2 、碳纤维片材用于混凝土结构的加固形式主要有：
（ 1 ）在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固时，纤维方向应与加固的受力方向一致。
（ 2 ）采用封闭式粘贴、 U 形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固时，纤维方向宜与构件轴向垂直。
（ 3 ）采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固时，纤维方向应与柱轴向垂直。
（ 4 ）当有可靠依据时，碳纤维片材也可用于其它混凝土结构构件和受力形式的加固。
3 、粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构时，应按国家现行有关规范采用以概率理论为基础的极限状态设计法进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算和验算。钢筋和混凝土材料宜按结构检测得到的实际强度，根据国家现行有关规范确定相应的材料强度设计指标；也可根据钢筋品种和混凝土的设计强度等级，按国家现行有关规范采用相应的材料强度设计指标。碳纤维片材应根据构件达到极限状态时的应变，按线弹性应力应变关系确定其相应的应力。
4 、碳纤维片材取厂商提供产品的不小于 95% 保证率的极限抗拉强度作为抗拉强度标准值 fcfk
。碳纤维片材的极限拉应变
取极限抗拉强度标准值
fcfk 除以弹性模量 Ecf。
5
、当采用粘贴碳纤维片材对结构或构件进行加固修复时，应考虑加固后对结构中的其它构件或构件的其他性能可能产生的影响。
6 、采用粘贴碳纤维片材对结构进行加固修复，必要时宜卸除结构上的活荷载作用。当不能完全卸载进行加固时，应考虑二次受力的影响。
7 、受弯加固和受剪加固时，被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级应不低于 C15 。采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时，混凝土强度等级应不低于
C10 。 二、一般构造要求
1 、当碳纤维布沿其纤维方向需绕构件转角处粘贴时，转角处构件外表面的曲率半径应不小于
20mm （见图 4.2.1 ）。
2
、碳纤维布沿纤维受力方向的搭接长度应不小于 100mm 。当采用多条或多层碳纤维布加固时，各条或各层之间的搭接位置宜相互错开。
3 、为保证碳纤维片材能可靠地也混凝土共同工作，必要时应采取附加锚固措施。
三、受弯加固
1 、采用碳纤维片材对梁、板构件进行受弯加固承载力计算时，除应符合现行国家规范钢筋混凝土构件正截面受弯承载力计算的基本假定外，还应符合下列要求：
（ 1 ）达到受弯承载力极限状态时碳纤维片材的拉应变根据截面应变保持平面的假定确定，但不应超过碳纤维片材允许拉应变[]；
（ 2 ）当考虑二次受力影响时，应根据加固时的荷载状况，按截面应变保持平面的假定计算加固前受拉区边缘混凝土的初始应变；
（ 3 ）碳纤维片材的拉应力
取碳纤维片材弹性模量Ecf与其拉应变的乘积Ecf；
（
4 ）达到受弯承载力极限状态前，碳纤维片材与混凝土之间不发生粘结剥离破坏。
2 、在矩形截面受弯构件的受拉面粘贴碳纤维片材进行受弯加固时，其正截面受弯承载力按下列公式计算：
（ 1 ）当混凝土受压区高度
大于
且小于
时
混凝土受压区高度和受拉面碳纤维片材拉应变按下列公式确定：
（
2 ）当混凝土受压区高度不大于时
(3) 当混凝土受压区高度小于2a'时
式中 M— 包含初始弯矩设计值；
、
— 受拉钢筋，受压钢筋截面面积；
、
— 受拉钢筋和受压钢筋的抗拉、抗压强度设计值；
— 受拉面粘贴的碳纤维片材截面面积；
— 碳纤维片材弹性模量；
— 碳纤维片材达到其允许拉应变与混凝土压坏同时发生时的界限相对受压区高度，取
— 考虑二次受力影响时，加固前构件在初始弯矩作用下，截面受拉边缘混凝土的初始应变，按本规程第
1.3.4 条计算，当可以不考虑二次受力时，取 0 ；
[]
— 碳纤维片材允许拉应变，取
, 且不应大于碳纤维片材极限拉应变的
2/3 和 0.01 两者中的较小值；
— 碳纤维片材厚度折减系数，取
, 其中
的单位mm；的单位取MPa。
— 碳纤维片材的层数；
— 单层碳纤维片材的厚度；
— 混凝土极限压应变，取0.0033；
b 、 h— 截面宽度；
— 截面有有效高度；
— 混凝土弯曲抗压强度设计值；
a'
— 受压钢筋截面重心至混凝土受压区边缘的距离。
图 4.3.2 中
为实测混凝土受压区
3
、对翼缘位于受压区的 T 形截面受弯构件，当在其受拉面粘贴碳纤维片材进行受弯加固时，应按本规程第 1.3.2 条的原则和现行国家规范中 T 形截面受弯承载力的计算方法进行计算和验算。
4 、考虑二次受力影响时，加固前在初始弯矩
作用下，截面受拉边缘混凝土的初始应变按下列公式计算:
(4.3.4-1)
(4.3.4-2)
(4.3.4-3)
(4.3.4-4)
(4.3.4-5)
(4.3.4-6)
式中 — 加固前受弯构件计算截面已作用的初始弯矩；
— 加固前初始弯矩作用下受压边缘的压应变；
、
— 加固前初始弯矩 作用下受拉钢筋的拉应变、拉应力；
— 压边缘混凝土压应变综合系数；
— 受拉钢筋的拉应变不均匀系数；
—
钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；
— 受拉钢筋配筋率，
— 混凝土抗拉强度标准值；
—
按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋筋率
— 有效受拉混凝土截面面积，对受拉弯构件取
、
、
分别为受拉翼缘的宽度和高度。
— 受压翼缘加强系数，取
、
、
分别为受压翼缘的宽度和高度。
当初始弯矩小于未加固截面受弯承载力的
20% 时，可忽略二次受力的影响。
5 、在计算正截面受弯承载力时，尚应满足下列要求：
（ 1 ）受压力高度不宜大于
0.8，其中界限相对受压区高度
现行国家规范的规定确定。
（ 2 ）加固后受弯承载力的提高幅度不宜超过40% 。
（ 3 ）加固后在荷载短期组合下受拉钢筋的拉应力不宜超过抗拉强度的标准值。
当有工程经验和依据时，上述规定可适当放宽。
6 、当碳纤维片材粘贴于梁侧面受弯加固时，粘贴区域宜在距受拉区边缘 1/4 梁高范围内。在进行正截面受弯承载力计算时，应将公式（
4.3.2-1 ）
公式（ 4.3.2-4 ）中的 h
改用碳纤维片材截面积形心至受压外力边缘的距离
代替，且宜将侧面碳纤维片材的截面面积乘以折减系数
，其中
为侧面碳纤维片材的粘贴高度。
7 、进行受弯加固的构件，尚应验算构件的受剪承载力，避免受剪破坏先于受弯破坏发生。
8 、当对梁、板天弯矩进行受弯加固时，碳纤维片材宜延伸至支座边缘。在集中荷载作用点两侧宜设置构造碳纤维片材
U 型箍或横向压条。碳纤维片材的切断位置距其充分利用截面的距离不应小于公式（ 4.3.8-1 ）计算得出的延伸长度
，并应延伸至不需要碳纤维片材截面之个不小于
200mm 。（图 4.3.8 ）
(4.3.8-1)
— 碳纤维片材从其充分利用截面所需的粘结延伸长度；
— 充分利用截面处碳纤维片材的拉应变，按本规程第
1.3.2 条确定；
— 碳纤维片材与混凝土之间的粘结强度设计值，取
0.5Mpa ；
— 受拉面粘结的碳纤维片材宽度；对板，取
1000mm 板宽度内粘贴的碳纤维片材宽度。
9 、当碳纤维片材延伸至支座边缘仍不满足以上第 8 条的规定时，应采取以下锚固措施：
（ 1 ）对于梁，在碳纤维片材伸长度范围内应设置碳纤维片材
U 型箍锚固措施（图 4.3.9 （ a ））。 U 型箍宜在延伸长度范围内均匀布置，且在延伸长度端部必须设置一道 U 型箍。 U 型箍的粘贴高度宜伸至板底面。
U 型箍的宽度不宜小于受弯加固碳纤维布宽度的二分之一， U 型箍的厚度不宜小于受弯加固碳纤维布厚度的二分之一。
（ 2 ）对于板，在碳纤维片材延伸长度范围内通常设置垂直于受力碳纤维方向的压条（图
4.3.9 （ b ））。压条宜在延伸锚固长度范围内均匀布置，且在延伸长度端部必须设置一道压条。压条的宽度不宜小于受弯加固碳纤维布宽度的二分之一，压条的厚度不宜小于受弯加固碳纤维布厚度的二分之一。
（ 3 ）当采用碳纤维板时，应在其延伸长度附加机械锚固措施。
（ 4 ）当碳纤维布的延伸长度小于（ 4.3.8-1 ）式计算所得的二分之一时，应采取其它可靠的附加机械锚固措施。
10 、对梁、板负弯矩区进行受弯加固时，碳纤维片材截断位置距支座边缘的延伸长度应根据负弯矩分布情况按本规程第 1.3.8 条的原则确定，且对板不小于
1/4 跨度，对梁不小于 1/3 跨度。
当碳纤维片材在框架梁负弯矩区进行受弯加固时，应采取可靠锚固的措施与支座连接。当碳纤维片材需绕过柱时，宜在梁侧
范围内粘贴（图 4.3.10 ），当有可靠依据和经验时，可适当放宽。 11 、 板受弯加固时，碳纤维片材宜采用多条密布方案。
12 、
当沿柱轴向粘贴碳纤维片材对柱的正截面承载力进行加固时，碳纤维片材应有可靠的锚固措施。
四、受剪加固
1
、 采用碳纤维片材对钢筋混凝土梁、柱构件进行受剪加固，碳纤维片材有可靠的锚固措施。
（ 1 ）碳纤维片材的纤维方向宜与构件轴向垂直：
（
2 ）应优先采用封闭粘贴形式，也可采用 U 型粘贴、侧面粘贴（ 4.4.1 （ a ）），对碳纤维板，可采用双 L 形板形成 U 形粘贴形式。
（
3 ）当碳纤维片材采用条带布置时，其净间距
不应大于现行国家规范定最大箍筋间距
0.7 倍；
（ 4 ） U 形粘贴和侧面粘贴的粘贴高度宜取构件截面高度。对于
U 形粘贴形式，宜在上端炽贴纵向碳纤维片材压条；对侧面粘贴形式，宜在上、下端粘贴纵向碳纤维片材压条（图 4.4.1 （ b ））。
2
、对钢筋混凝土梁进行受剪加固时，应按下列公式进行斜截面受剪承载力计算：
(4.4.2-1)
(4.4.2-2)
(4.4.2-3)
式中：
— 梁的剪力设计值；
— 未加固钢筋混凝土梁的受剪承载力，按现行国家规范的规定计算；
— 碳纤维片材承担的剪力；
— 达到受剪承载力极限状态时碳纤维片材的应变；
— 碳纤维片材的极限拉应变；
— 碳纤维片材受剪加固形式系数，对封闭粘贴，取 1.0
；对 U 型粘贴，取 0.85 ；对侧面粘贴，取 0.70 ；
—
梁受剪计算截面的剪跨度比，对于集中荷作用情况，取a/
，当 大于 3.0 时，取 3.0 ；当小于
1.5 时，取 1.5 ； a 为集中荷载作用点到支座边缘的距离；对于均布荷载作用情况，取 3.0 ；
—
碳纤维片材粘贴层数；
— 碳纤维片材条带净间距；
— 单层碳纤维片材厚度；
3 、 对钢筋混凝土柱进行受剪加固时，应按下列公式进行斜截面受剪承载力计算：
(4.4.3-1)
(4.4.3-2)
(4.4.3-3)
式中：
— 柱的剪力设计值；
—
未加固钢筋混凝土柱的受剪承载力，按现行国家规范的规定计算；
—
碳纤维片材承担的剪力；
n— 柱的轴压比，取
，
N 为柱轴压力设计值， A 为柱截面面积；
—
柱的剪跨比，对于框架柱可取
，当
大于
3.0 时，取 3.0 ；
当小于 1.0
时，取 1.0，
为框架柱净高度。
4
、构件的受剪截面尺寸应符合现行国家规范的规定。
五、柱的抗震加固
1 、柱的抗震加固应采用封闭式粘贴碳纤维片材。
柱端箍筋加密区的总折算体积配箍率应满足现行国家规范对柱端箍筋加密区体积配箍率的要求，并按公式（ 4.5.1-1 ）计算：
（ 4.5.1-1 ）
式中
— 总折算体积配箍率；
— 按箍筋以内的核心截面计算的体积配箍率；
— 碳纤维片材的有效约束系数，取 0.45
；当轴压比大于 0.5 且加固时未卸荷载，取 0.36 ；
—
碳纤维片材条带净间距；
— 单层碳纤维片材厚度；
— 碳纤维片材条带宽度；
A—
构件截面面积；
— 碳纤维片材抗拉强度设计值；取
；
— 箍筋抗拉强度设计值。
2 、碳纤维片材在箍筋加密区宜连续布置。碳纤维片材两端应采用搭接或可靠连接措施形成封闭形式。碳纤维片材条带的搭接长度应不小于
150mm ，各条带搭接位置应相互错开。
施工
一、一般要求：
1
、粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构应由熟悉该技术施工工艺的专业施工队伍完成，并应有加固方案和施工技术措施。
2 、施工必须遵循下列工序进行：
（ 1 ）施工准备；
（ 2 ）混凝土表面处理；
（ 3 ）配制并涂刷底层树脂；
（ 4 ）配制找平材料并对不平整处修复处理；
（ 5 ）配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂；
（ 6 ）粘贴碳纤维片材；
（ 7 ）表面防护。
3 、施工宜在
5 ℃以上环境温度条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度底于 5 ℃时，应使用适用于低温环境的配套树脂或采取升温处
4 、施工时应考虑环境湿度对树脂固化的不利影响。
5 、在表面处理和粘贴碳纤维片材前，应按加固设计部位放线定位。
6 、树脂配制时应按产品使用说明中规定的配比称量置于容器中，用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内及搅拌器上不得有油污及杂质。应根据现场实际环境温度决定树脂的每次拌合量，并按使用要求严格控制使用时间。
二、 施工准备
1 、应认真阅读设计施工图。
2 、应根据施工现场和被加固构件混凝土的实际状况，拟定施工方案和施工计划。
3 、应对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等作好施工前的准备工作。
三、表面处理
1
、应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。
2 、应按设计要求对裂缝或封闭处理。
3 、被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴处要进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径应不小于
20mm 。
4 、混凝土表面应清理干净并保持干燥。
四、涂层底层树脂
1 、应按产品供应商提供的工艺规定配制底层树脂。
2 、应用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。应在底层树脂表面指触干燥后立即进行下一步工序施工。
五、找平处理
1 、 应按产品供应商提供的工艺规定配制找平材料。
2 、应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有棱角。
3 、转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径应不小于 20mm 。
4 、 应在找平材料表面指触干燥后立即进行下一步工序施工。
六、粘贴碳纤维片材
1 、粘贴碳纤维布应符合下列要求：
（ 1 ）按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；
（ 2 ）应按产品供应商提供的工艺规定配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位；
（ 3 ）用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸渍碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布；
（ 4 ）多层粘贴重复上述步骤，应在纤维表面浸渍树脂触干燥后立取进行下一层的粘贴；
（ 5 ）在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂；
2 、 应按下列步骤粘贴碳纤维板：
（ 1 ）应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板，按产品供应商提供的工艺规定配制粘结树脂；
（
2 ）将碳纤维板表面试擦干净至无粉尘。如需粘贴两层时，对底层碳纤维板两面均应应擦试干净；
（ 3 ）擦试干净的碳纤维板应立即涂刷粘结树脂，胶层应呈突起状，平均厚度应不小于
2mm ；
（ 4 ）将涂有粘贴树脂的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向平稳压实，使树脂从两边溢出，保证密实无空洞。当平行粘贴多条
碳 纤维板时，两条板带之间空隙应不小于 5mm ；
（ 5 ）需粘贴两层碳纤维板时，应连续粘贴。如不能立即粘贴，再开始粘贴前应对底层碳纤维板重新做好清洁工作。
七、 表面防护
1 、 当需要做表面防护时，一应按有关规范的规定处理，并保证防护材料与碳纤维片材之间有可靠的粘结。
八、施工安全及注意事项
1 、 碳纤维片材为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备及电源，或采取可靠的防护措施。
2 、 施工过程中就避免碳纤维片材弯折。
3 、碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。
4
、树脂的配制和使用场所应保持通风良好。
5 、 现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。
九、检验和验收
1
、 在开始施工之前，应确认碳纤维片材及配套树脂类粘结材料的产品合格证、产品质量出厂检验报告，各项性能指标应符合相关规范要求。
2 、 采用碳纤维片材及配套树脂类粘结材料对混凝土结构进行加固修复时，应严格按照按规程有关条款进行各工序隐蔽工程检验与验收。如施工质量不能满足规程有关条款要求时，应立即采取补救措施或返工。
3 、碳纤维片材实际粘贴面积应不小于设计量，位置偏差应不大于 10mm 。
4 、碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压
碳纤维片材表面的方法来检查， 总有效粘结面积不应低于 95% 。当碳纤维布的空鼓面积大于 10000mm 2 时，可采用针管注胶的方式进行补救。空鼓面积大于
10000mm 2 时，宜将空鼓处的碳纤维片材切除，重新搭接贴上等量的碳纤维片材，搭接长度应不小于 100mm 。
5 、 必要时可按附录 B
方法对施工质量进行现场抽样检验。
6 、 必要时可以碳纤维片材和配套树脂粘结材料进行现场取样检验。
