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——用到的規範 ——
《混凝土結構設計規範》GB50010-2010，簡稱砼規
《混凝土結構加固設計規範》GB50367-2013，簡稱加固規範
《纖維增強複合材料加固混凝土結構技術規程》DG/TJ08-012-2017，簡稱上海規程
《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》CECS146:2003，簡稱協會標準
《纖維增強複合材料建設工程應用技術規範》GB50608-2010，簡稱纖維複合材規範
基礎知識
普通鋼筋混凝土受彎構件正截面破壞的三種類型：
適筋破壞：受拉區縱筋先屈服，然後受壓區混凝土被壓碎，屬於延性破壞。
超筋破壞：受拉區縱筋未屈服而受壓區混凝土先被壓碎，屬於脆性破壞。受拉縱筋配置越多，混凝土受壓區高度越大，為防止超筋破壞，規範要求控制相對受壓區高度ξ≤ξb，而高抗震等級要求高延性，對應ξ的上限值也就更低。相對界限受壓區高度ξb是以受拉鋼筋屈服，同時受壓區混凝土達到極限壓應變
εcu而被壓碎的臨界狀態確定的。
少筋破壞：受拉區縱筋先屈服，雖然常用的熱軋鋼筋屬於有明顯屈服點的材料，但由於配筋量少，鋼筋應力水平迅速達到強度極限u而發生破壞，此時受壓區混凝土尚未破壞，此情況也屬於脆性破壞。為防止少筋破壞，根據鋼筋混凝土受彎構件的破壞彎矩等於同樣截面的素混凝土受彎構件的破壞彎矩的原則，規範確定縱筋最小配筋率ρmin。
Q
「加固規範」第10.2.10條限制受彎承載力的提高幅度不應超過40%，如何理解？
其實不止對於受彎承載力，對於受剪和受壓承載力的提高幅度，不同規範中也做了不同限制，目的都是避免加固量過大導致破壞形式呈脆性，具體要求見下表。本文僅展開討論受彎情況。
鋼筋混凝土構件採用粘貼碳纖維工法進行抗彎加固後，可能發生的四種破壞形式及其控制措施如下：
1.加固量很大，受拉鋼筋應力水平低，鋼筋達到屈服之前，受壓區混凝土先被壓碎破壞，類似於普通鋼筋混凝土構件超筋情況（ξ>ξb），屬於脆性破壞。為避免之，各規範對構件加固後的受壓區高度進行限制：「協會標準」要求受壓區高度x≤0.8ξbh0， 「加固規範」和「上海規程」規定相對界限受壓區高度ξb,=0.85ξb；「纖維複合材規範」則要求加固前的相對受壓區高度ξ≤0.8ξb。
ξb,為纖維片材達到允許拉應變與混凝土受壓破壞同時發生時的相對界限受壓區高度，因為粘貼纖維片材粘貼於構件下表面，所以計算時分母應取截面全高h而非h0。
2.加固量略大，受拉鋼筋先屈服，然後受壓區混凝土壓壞，此時碳纖維片材未達到允許拉應變[εf]。由於碳纖維片材從受拉開始直至破斷，力-變形關係均呈線性，無明顯屈服預警，所以規範控制允許拉應變為極限拉應變[εfu]的2/3倍。
本條適用於加固後構件相對受壓區高度ξb,<ξ≤ξb的情況，由於受壓區高度超過了第1條所述規範規定，所以僅「協會標準」給出了針對此情況的承載力計算公式，後續實施的各規範均按「超過限值，則取限值」的偏安全的做法執行。也就意味著，加固量在本條範圍內的受彎構件，採用「協會標準」計算得到的正截面承載力會比其他三本規範得到的數值更大。
3.受拉鋼筋先屈服，然後碳纖維片材達到或超過允許拉應變[εf],此時受壓區混凝土尚未壓壞。本條適用於加固後構件相對受壓區高度ξ≤ξb,的情況，各規範都提供了明確的承載力計算公式，且能避免纖維片材發生斷裂，如「加固規範」引入了強度利用係數ψf，並要求ψf≤1.0。
4.構件達到抗彎承載力極限之前，碳纖維片材與混凝土發生剝離，屬於脆性破壞，規範通過加強錨固措施等構造要求來避免。
可以看出，在控制受彎構件出現以上典型破壞時，規範的要求與承載力提高幅度並無明確對應關係。
上限40%的提出，規範條文說明解釋為綜合考慮了構件加固後的裂縫、變形和抗剪承載力需求。四本規範中最早發行的「協會標準」說得直接：「因為缺乏成熟的研究成果，考慮到碳纖維片材的加固應用經驗尚有不足之處，本規程對加固後受彎承載力的提高程度作了限制」。在其後發行的「上海規程」第4.2.6條和「纖維複合材規範」第4.2.11~4.2.12條，分別給出了構件加固後撓度變形和裂縫寬度的計算方法。兩者都是依照「砼規」的計算原則而定，並遵循「砼規」的限值，與40%的界限無直接對應關係。而抗剪承載力的驗算，規範一直都有明確的規定。
至此，構件進行抗彎加固時需要控制的7項內容均有了明確應對措施：
1.構件正截面加固後承載力的提高幅度，與初始受壓區高度有關，如果加固前已經接近或超過，則構件的承載力提升空間已很小，應考慮改變加固工法。相反的，初始受壓區高度越小，潛在提高幅度越大。具體來說，滿足初始承載要求且受拉筋配筋率較低的梁，如果配置了等量或略小的受壓鋼筋，即可得到較小的初始受壓區高度，而配筋率低意味著截面初始狀態的抗剪儲備相對較足。此時即使抗彎承載力目標提高幅度超過40%，截面依然可以通過增大加固量，滿足承載力需求。
2.加固後構件裂縫和撓度的計算，均以受拉筋和纖維片材始終保持等應變為原則，將纖維片材面積換算為受拉鋼筋面積。由於兩者彈性模量相近，設計強度卻相差數倍，導致一方面纖維片材換算成的鋼筋面積很小，另一方面鋼筋在屈服時，纖維片材的高強性能遠未充分發揮。而規範對這兩項指標的控制均要求鋼筋處於彈性狀態，所以如果以控制撓度和裂縫為目標，相對於粘貼鋼板（換算面積大），粘貼纖維片材的工法是低效的。
大膽設想，當構件滿足前述受彎破壞的第3種形式時，應該可以按鋼筋屈服後的內力分布狀態控制撓度和裂縫。也許正是出於這些考慮，「加固規範」選擇了相對簡單粗暴的做法，不告知如何計算撓度和裂縫，也不要求按照「砼規」計算和控制，只說是考慮了這些因素，所以限制了承載力的提高幅度。而當構件本身抗彎剛度和配筋面積儲備不足時，受限於纖維片材加固的低效，加固後對構件撓度和裂縫的改善效果是極為有限的。換言之，如果不去具體驗算，即使構件承載力提高幅度不超過40%，也有可能是不滿足「砼規」中撓度和裂縫限值的。
綜上，限制混凝土受壓區高度、覆核截面抗剪能力、控制撓度和裂縫，只要滿足了這幾項混凝土受彎構件正截面加固的關鍵內容，承載力的提高幅度或許可以不做限制。
中元建築一院結構
本文轉自中國中元國際工程有限公司