許多在現代抗震規範之前建造的結構都有相同的弱點:柱的橫向鋼筋不足、搭接長度過短、梁柱接頭脆弱,以及牆體無法承受面內剪力。在地震中,這些細節會以脆性方式破壞。碳纖維補強正是針對這些問題,增加強度,同樣重要的是,增加韌性,即變形而不倒塌的能力。
柱圍束
CFRP 在地震工程中最常見的用途是包裹柱子。將纖維布以纖維環繞柱子的方向施加,使混凝土處於圍束狀態。受圍束的混凝土在壓碎前可承受更高的應變,從而提高軸向承載力,更重要的是,提高柱體透過反覆荷載循環吸收能量的能力。薄層碳纖維包覆可提供相當於厚重鋼製包覆的圍束效果,且幾乎不增加尺寸,也沒有腐蝕風險。
搭接區與剪力補強
老舊柱子的鋼筋搭接長度往往過短,且位於塑鉸區。環向包覆可夾緊搭接區,防止鋼筋滑移。同樣的包覆也能提供剪力補強,防止斜向剪力破壞——這在地震中最危險,因為它發生突然且幾乎沒有預警。
牆體、梁與接頭
除了柱子之外,CFRP 布也能補強未配筋砌體及混凝土剪力牆,抵抗面內與面外力;補強連繫梁;並用於梁柱接頭周圍的細部設計。由於材料薄且透過黏結方式固定,常可隱藏在裝飾面層之後,並在建築物部分使用中進行施工——相較於包覆或增設剪力牆,這是一大優勢。
設計考量
地震補強是基於性能且要求嚴格的設計。補強措施必須與整體結構的反應相容:在錯誤的位置增加強度可能將破壞轉移至更脆弱的機制,因此目標通常是平衡地增加強度與韌性。FRP 的錨固至關重要——必須仔細設計包覆層與片材,使其在循環荷載下不會在端部剝離。接頭、樓板及基礎也需作為系統的一部分進行檢查。此項工作應由合格的結構工程師依照適用的抗震規範及 FRP 指導文件(如 ACI 440.2R)進行。
若施作得當,碳纖維圍束是提升老舊混凝土結構至現代抗震要求最有效且干擾最小的方式之一。