碳纤维加固梁的破坏形态

随着建筑业的发展，对混凝土结构加固的重要性也日益突出。旧有建筑存在承载力不足或使用功能改变等状况，因此必须对混凝土加固效果及影响结构加固的因素作深入研究。现在，先来聊一聊---碳纤维加固梁的破坏形态。

国内外大量试验结果表明，碳纤维加固梁的破坏形态有以下五种：

一、超筋破坏

当原结构配筋量很高或碳纤维加固过量，构件受力后在受拉钢筋达到屈服前（或刚过屈服不久时），受压区混凝土先压坏。此时CFRP复合材的应力仅达到设计强度的1/10左右，其强度远未得到充分发挥，加固的经济效益低，且破坏时显脆性性质，应予以避免。用限制相对受压区高度ξbf和CFRP的加固量来控制。

二、适筋破坏Ⅰ   

当原结构配筋量适中，采用CFRP加固补强后，结构受拉区钢筋先屈服，然后中和轴上升，裂缝开展，受压区高度变小，然后受压区混凝土压坏，而此时CFRP的拉应力较高，但未达到设计强度和容许应变。

三、适筋破坏Ⅱ

当原结构配筋量较少且CFRP片材配置量也较少时，梁受弯开裂后裂缝条数较少，裂缝间距较长，而受拉区混凝土应变集中反应在某一两条裂缝时，当受拉钢筋屈服后，CFRP应力很快达到设计应力fcf和容许应变[εcf]，继而超过fcf且相应应变达到极限拉应变拉断，而此时受压区混凝土尚未压坏，它类似于少肠梁的破坏形态。由于碳纤维为弹性材料，应力---应变曲线为直线分布，碳纤维拉断较突然，属于脆性破坏特征。但破坏之前裂缝较宽，有破坏前兆，仍属允许设计的范畴，称适筋破坏情况Ⅱ。

碳纤维片材的极限拉应变为15000~20000µε，破坏时呈脆性，为了保证加固后受弯构件有足够的安全储备，设计中取碳纤维片材的极限应变小于10000µε，设计抗拉强度指标不超过2000~2500MPa。

四、混凝土保护层剪切受拉剥离破坏

混凝土简支梁在梁底粘碳纤维加固时，靠近支座处的碳纤维片材端部，平行于梁底平面处的混凝土层、胶层和碳纤维层中，剪应力ζ和正应力σ（剥离应力）有明显的应力集中。在这三种材料中，胶层中的应力集中高，其剪应力集中系数为6~10。与梁底平面垂直方向的正应力σ，也存在严重的应力集中，端部出现很大的正剥离（扯离）应力，正剥离应力很快衰减下来变成负应力（挤压），然后恢复到应力为零。用有限元分析表明，剥离应力σz应力集中的范围为两倍梁高左右。当纤维片材端部粘结锚固强度不够或混凝土保护层强度太低时，可能出现剪切受拉剥离破坏。

五、粘结破坏

当粘贴碳纤维片材施工不当、锚固长度不足或粘胶材料强度太低时，会出现胶层的粘结失败，导致CFRP与混凝土基层间的粘结剥离，使CFRP的高强度性能得不到充分发挥而发生粘结破坏，此种破坏呈脆性性质。

对于第四、五两种破坏形态，在加固时，通过构造措施和对材料物理力学性质的检测加以防止；对于第二、三种破坏形态，需要在加固设计时，提前验算其受弯加固构件正截面承载力。