1.2 碳纤维加固技术的简介

    纤维增强聚合物复合材料FRP是用短切的或者连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成的一种新型复合材料[1]、[2]，树脂主要起粘贴作用。在土木工程结构物加固领域被经常使用的FRP材料，按纤维成分可划分为以下几种：碳纤维增强聚合物复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymers）、玻璃纤维增强聚合物复合材料（Glass Fiber Reinforced Polymers）和芳纤维增强聚合物复合材料（Aramid Fiber Reinforced Polymers）。其中CFRP又可分为高抗拉CFRP（HP CFRP）和高弹模CFRP（HE CGRP）。根据加固对象的不同及使用环境的差异可选择不同的FRP。     

20世纪80年代美国、日本等国家开始研究用FRP加固修复钢筋混凝土结构损伤的。其中日本的众多大学、科研机构、材料生产厂家相继对FPR加固修复钢筋混凝土结构损伤及其FRP材料属性和施工工艺进行了大量的研究。1990年美国开始对在玻璃纤维（GFRP）进行开发研究。用FRP对钢筋混凝土进行修复加固在日、美等发达国家已成为一项成熟技术。我国起步较晚，从20世纪80年代后期开始应用纤维增强塑料（FRP）加固修复土木建筑结构，在短短几年内，FRP的用量迅速增长，市场上已出现了很多种FRP材料，即使是同类材料，性能差异也较大。FRP应用于土木工程中，其力学性能是关注的重点，国家工业建筑诊断与改造工程技术中和许多高校已对FRP材料基本力学性能进行了系统研究[3]，取得了大量科研成果，并应用于许多工程中。我国已制定了《碳纤维片材加固混凝土结构技术规章》 ，但在碳纤维（CFRP）加固钢结构的应用及其规范方面的研究与出台已然稍显落后。

FRP抗拉强度高、自重轻、热膨胀系数低、无磁性、免锈蚀、抗疲劳性能好、很适合应用于土木工程中。CFRP的比强度是钢材的20倍，但体积仅为钢材的 ，所以适用于大跨度结构。CFRP的疲劳性能是钢材的3倍，其疲劳极限可达静荷载的70%～80%，Odagiri等人通过分析计算认为CFRP最大工作应力可处于初始抗拉强度的54%～73%之间[4]。

CFRP加固修复金属结构技术就是采用强力粘贴剂将碳纤维片材粘贴于受损结构的表面位置（图1-1、图1-2），碳纤维片材和构件结合成一个整体，将荷载中的一部分通过胶层进而转换到碳纤维的片材上，从而使损伤的结构表面部位的应力作用极大降低，进而控制裂纹扩展速率，最终修复钢结构的损伤，使结构的使用周期得以延长。CFRP加固修复钢结构技术常见形式[5-7]：

1、钢结构承压构件容易产生失稳，为了提高承压构件的抗压承载力以提高整体稳定和局部稳定性，将CFRP片材环向缠绕钢构件，形成环线压力，增加刚度来提高抗压承载力。本文也有针对这一现象的研究。

2、梁的腹板主要承受剪切力和翼缘传递过来的局部压力，如肋板的设置不合理，腹板容易产生局部失稳。为了消除肋板设计的不合理以及由于剪力过大引起的腹板的承载理不够问题，可通过将CFRP片材粘贴于梁的腹板处通过增加腹板的强度来增强腹板的承载力。

3、采用提高梁的抗弯刚度的手段可以提高梁的整体稳定性。基于此，可采用在梁的受拉面粘贴CFRP材料的方法来提高梁的抗弯承载力和抗弯刚度。这种加固手段效果非常好，且非常实用，故众多研究者对其进行了研究。

4、通过在钢构件由于荷载的循环作用而引起的疲劳损失部位粘贴CFRP片材来有效的提高钢材的疲劳性能，增加疲劳剩余寿面，以达到加固目的。由于这种方法不会产生新的应力集中和裂纹，也不会扩展裂纹，因此被认为是当前加固钢结构疲劳损伤的最有效手段，近些年来发展迅速成为研究热点。 CFRP加固轴心受力钢结构构件的可靠性分析研究(3):http://www.751com.cn/gongcheng/lunwen_55282.html