1.弯曲构件修理

钢受弯构件的修补通常是将单向碳纤维片直接粘贴在拉法兰底部。在受弯构件受力时，碳纤维与受拉法兰共同承担拉力，提高梁的承载力。碳纤维适用于各种形式的钢梁加固，包括I形截面钢梁、矩形截面钢梁、钢板梁和钢-混凝土组合梁。试验表明，碳纤维加固后，梁的抗弯承载力有所提高。纤维附着量、纤维弹性模量、钢弹性模量、屈服强度等因素对钢的改善程度有一定的影响。碳纤维虽然强度高，但弹性模量与钢相似。当整体结构达到屈服载荷时，碳纤维材料的强度仅为200 MPa左右，与碳纤维的可用强度相差很远，其高强优势未能充分发挥其在钢结构加固中的作用。

对于受损钢梁，粘贴碳纤维加固修复不仅可以恢复其失去的刚度、承载能力和提高其疲劳性能，而且还能保护钢结构，起到加固和防腐双重作用。在粘贴单向碳纤维时，将碳纤维粘贴到损伤部位的表面，使部分载荷通过粘结层转移到碳纤维上，从而降低钢结构损伤部位的名义应力。降低裂纹扩展速率或阻止裂纹扩展，从而延长结构的使用寿命。研究表明，用高弹性模量碳纤维板加固有损伤缺陷的钢梁后，其刚度基本可以恢复到90%以上而不受损伤。极限承载力的提高取决于钢筋和损伤的大小。

2.张力(压缩)部件的修理

粘贴碳纤维加固对提高钢结构在受拉(受压)下的承载力具有良好的效果。对碳纤维增强空心钢管柱的试验研究表明，沿方管圆周方向粘贴碳纤维布的加固效果远远好于纵向，极限承载力提高了18%。纵向碳纤维加固时，破坏形式为单向碳纤维布和钢结构的剥离破坏。用环形碳纤维加固时，单向碳纤维布与钢结构之间不会发生剥离，碳纤维布不会断裂，最终会发生局部屈曲破坏。碳纤维布增强钢板的单轴拉伸试验表明，单向碳纤维布试件的屈服强度和极限载荷均有很大提高，屈服载荷随粘结面积的增加而增大。此外，还加入了碳纤维布断裂的极限状态来表征试样的失效。

3.内压下钢管管道的维修

由于钢管管道经常暴露在高温、高压、苛刻的工作环境中，充满易燃、易爆、有毒、腐蚀性等介质，一旦管道泄漏和爆炸会带来可怕的后果，因此保证管道的安全具有重要的现实意义。用碳纤维对钢管钢丝进行缠绕和加固。在内压作用下，管壁主要承受环向应力，钢管丝膨胀。径向变形受外缠绕碳纤维的约束，使碳纤维与钢管共同受力，降低了管壁的周向应力，提高了管道承受内压的能力。但是，如果在单向碳纤维上施加一定的预应力，使钢管在承受内压之前已经在圆周方向形成压应力，再加上内压产生的周向拉应力，加固效果会更好。

4.钢结构的疲劳修复

疲劳破坏的主要特征是破坏应力低于静态应力强度。它是吊车梁、桥梁等工程结构在反复荷载作用下的主要破坏形式之一。调查统计结果表明，钢构件在实际工程中一般需要较高的循环次数，而50年的应力循环次数接近1000万次。碳纤维加固构件后，在交变荷载作用下，承载力提高，应力幅值减小，从而间接提高了构件的疲劳强度和疲劳寿命。研究表明，FRP加固后，疲劳损伤钢结构的剩余疲劳寿命提高了一倍，加固效果非常明显。对于焊接构件，碳纤维在焊趾处承受部分应力，焊趾处的钢应力显著降低，从而降低了钢焊接趾处的应力集中系数，改善了钢构件焊接趾附近的疲劳性能。碳纤维加固后，应力循环超过50万次的钢结构试件的疲劳强度远高于原始焊缝，保证率达97%的200万次疲劳强度可达100 BMPa。因此，采用碳纤维粘贴技术提高钢构件的疲劳性能具有较强的工程应用意义。

5.预应力碳纤维加固

采用普通表面粘结法加固钢结构。由于碳纤维的弹性模量接近钢的弹性模量，在正常使用条件下，碳纤维的强度没有得到充分利用，在正常使用过程中，钢筋对性能的改善没有明显的影响。先对碳纤维布施加预应力，然后将其粘贴在梁的张拉表面进行加固，可以有效地解决上述问题。此外，使用预应力拉拔工具在两端进行可靠的锚固，也可以防止碳纤维板和钢梁过早剥离失效。因此，预应力碳纤维加固在钢结构加固中具有良好的应用前景。然而，目前国内外对预应力碳纤维布加固钢结构的研究和应用较少。

单向碳纤维布加固钢结构的影响因素

当整体结构达到屈服载荷时，如果碳纤维的弹性模量不高，则应力与碳纤维的可用强度相差很远。只有当钢屈服时，单向碳纤维才能传递更大的载荷，其高强度特性无法发挥。为了达到加固效果，需要大量的碳纤维。因此，为了提高结构的刚度，提高结构的疲劳性能，必须选用高弹性模量的材料。另外，单向碳纤维片材厚度越大，加固效果越好，但界面剪应力越大，应力集中越严重。

胶层作为钢结构与单向碳纤维之间的荷载传递介质。胶层的性能和厚度对碳纤维的增强效果和利用率有很大的影响。在加固效果上，粘结层剪切模量越大，粘结层厚度越小，加固效果越好。随着应力集中程度的增加，粘结层厚度越大，补强构件的应力集中越严重。胶层剪切模量越大，胶层厚度越小，这将增加胶层的脱胶范围，影响补强效果。研究表明，胶层厚度最好在0.05~0.3mm之间。

为了减小碳纤维片材端部界面的剪应力和剥离应力，

为避免过早损坏这一地区的胶层和界面，可采取以下措施：

1.碳纤维片材端部形成一定量的胶水溢流，以降低剥离应力；

2.使用碳纤维板时，将板端切成45°斜面；

3.将碳纤维布条包在铀上，或机械锚定单向碳纤维片的末端区域。

单向碳纤维布加固钢结构技术展望

单向碳纤维布加固钢结构在避免传统加固方法缺陷的基础上，可以提高原结构的刚度和承载力。特别是它能显著提高疲劳损伤钢结构的疲劳寿命，延缓疲劳裂纹的扩展。因此，单向碳纤维布加固钢结构是一种很有前途的加固方法，将在实际工程中得到广泛应用。