谢洪辉（重庆交通大学重庆400074）
摘要：在现行的混凝土结构加固工程中，碳纤维材料粘贴加固以其独特的优势得到广泛使用。我国先后颁布的加固规范也对碳纤维加固做了相应规定，但都是针对一般钢筋混凝土构件，对于预应力混凝土受弯构件，还是一片空白。本文就从结构设计原理和材料力学角度出发，推导了预应力受弯构件碳纤维粘贴加固设计计算方法，并通过算例演示了整个计算过程，可以供相似工程设计做参考。
关键词：加固；预应力；碳纤维；计算方法碳纤维(CFRP)加固混凝土结构是一种新型结构加固方法，与传统加固方法相比，有明显技术优势，不增加构件的截面尺寸和自重，加固修复不留痕迹，防水、抗腐蚀、耐疲劳、耐久性能好，施工快捷等优点，且因其质地柔软而适用于各种形状尤其是斜、弯、坡及异型结构桥梁的加固，在实际工程中得到广泛应用。我国先后颁布了《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS146:2003)[1]和《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)[2],《公路桥梁加固设计规范》(JTG/TJ22-2008)[3]，但这些规范只列出了一般的情况。未涉及CFRP加固预应力钢筋混凝土梁的破坏形态与受弯承载力,这给设计人员带来了一些不便。作者在本文中采用受弯构件正截面理论对碳纤维加固预应力钢筋混凝土梁进行研究并建立相应的计算公式。
基本假定（1）在加固构件二次受力的过程中CFRP板的应变与钢筋、混凝土之间的应变满足应变协调原理。（2）构件加固前后斜截面抗剪承载力足够。（3）平截面假定。国内外大量实验表明，对钢筋混凝土受弯构件，从开始加荷直至破坏啊的各阶段，截面的应变都能较好的符合平截面假定。忽略钢筋和混凝土之间的相对滑移。（4）不考虑混凝土的抗拉强度。混凝土抗拉能力很弱，其拉应力较小，产生的力偶臂较小，与受拉钢筋相比较而言可以忽略不计。（5）材料应力应变关系。混凝土和钢筋的应力—应变关系按现行规范所取。CFRP
联立求解得：x=24.03cm，Af=15.2cm2。T梁下马蹄宽度为36cm，对应所需材料厚度为0.42cm。
显然此时预应力钢筋只达到设计强度，没有屈服，碳纤维应力240000*0.00142=340.8Mpa，远小于碳纤维板抗拉强度标准值。从此也说明，对于大幅提高承载能力的加固中，采用非预应力形式的碳纤维加固，碳纤维材料的高强性能得不到充分的运用，强度没有得到充分发挥。
加固期间必须中断交通，加固前构件内已经存在初始应变，加固后的组合截面仅承担后期运营阶段的汽车荷载，若不中断交通会对构件产生更大的初始应变，另外碳纤维粘贴胶未达到设计强度也会随材料一起剥落。
总结本文基于平截面假定，推导了预应力梁的碳纤维加固设计计算公式，弥补了加固规范在此方面的设计计算公式的不足，可以为相似工程设计作参考。
在本文推导中，在设计中对预应力筋强度取设计值，因为存在初始应变，应变余量小，从而也限制了碳纤维材料的强度发挥，如果适当提高预应力筋的强度取值，则碳纤维的高强性能能得到更好利用，但具体提高多少，有待进一步研究。
在粘贴时，可以采取措施对碳纤维施加预应力，从而从分利用其高强性能，但是这需要一定的施工环境和施工工艺，这些条件并不是都能具备。普通粘贴法当然不失作为一种备选方案，其富余的强度可以作为强度储备。
参考文献：[1]CECS146:2003，碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程[S].[2]GB50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].[3]JTG/TJ22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].