CFRP板嵌入式加固混凝土構(gòu)件研究綜述

梁金福，秦春春

（1廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測中心，南寧 530005；2.廣西大學(xué)設(shè)計(jì)研究院，南寧 530004）

CFRP板嵌入式加固混凝土構(gòu)件研究綜述

梁金福1，秦春春2

（1廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測中心，南寧 530005；2.廣西大學(xué)設(shè)計(jì)研究院，南寧 530004）

CFRP板嵌入式加固法是近十多年來才提出的一種新形式的加固方法。CFRP板嵌入式加固法與表面外貼CFRP板加固法相比，CFRP板嵌入式加固法具有材料用量少、耐腐蝕、易與相鄰構(gòu)件錨固、適用于表面不平整的構(gòu)件、與所需加固的構(gòu)件傳力更有效、遭受意外荷載不易損傷等特點(diǎn)。本文對采用CFRP板嵌入式加固鋼筋混凝土構(gòu)件的國內(nèi)外研究成果進(jìn)行了綜述與分析，并提出了尚待研究的問題。

鋼筋混凝土梁；破壞形式；極限荷載

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

1.1.1 黏結(jié)性能研究[1-2]

Galati等對采用FRP加固的混凝土梁進(jìn)行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)得出，高溫環(huán)境對FRP與混凝土的黏結(jié)性能有較大的不利影響。

Novidis等對采用FRP加固的黏結(jié)機(jī)理進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過槽尺寸和FRP埋置長度兩個(gè)參數(shù)研究其對FRP加固過程中黏結(jié)性能的影響，通過對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后，建立了相應(yīng)的黏結(jié)剪應(yīng)力—滑移關(guān)系。

1.1.2 抗彎加固研究[3]

Hassan等考慮了CFRP筋和CFRP板條兩種不同材料的嵌入式加固法：CFRP筋嵌入式加固和CFRP板條嵌入式加固。對總高為300 mm，腹板高為250 mm，翼緣寬為300 mm，腹板寬為150 mm，靜跨為2 500 mm的T形截面梁進(jìn)行加固試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用CFRP筋嵌入式加固承載力提高幅度0～54%，破壞形式為混凝土被壓碎；采用CFRP板條嵌入式加固承載力提高幅度為0～41%，破壞形式為CFRP板條剝離或CFRP板條拉斷破壞。

Barros和Fortes對采用CFRP板嵌入式加固的梁進(jìn)行抗彎承載力試驗(yàn)研究，將CFRP板嵌入式加固的試驗(yàn)結(jié)果與表面粘貼CFRP板加固的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，得出了在不同配筋率的情況下，加固梁的抗彎承載力隨著嵌貼CFRP板數(shù)量的變化或加載點(diǎn)位置的變化而改變。還通過對加固梁的承載力和剛度進(jìn)行分析，指出了嵌入式加固法的優(yōu)勢。

Teng等采用CFRP板條嵌入式加固法，對截面為150 mm×300 mm，跨度為3 000 mm的矩形簡支梁進(jìn)行加固并作靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用CFRP板嵌入式加固后的梁承載力有很大提高。當(dāng)黏結(jié)裂縫形成后，裂縫的進(jìn)一步開展會受到內(nèi)嵌的CFRP板條制約，而黏結(jié)裂縫的擴(kuò)展將會使CFRP板條容易剝離，使得加固梁發(fā)生剝離破壞。1.1.3 抗剪加固研究[4]

Lorenzis等通過在梁兩側(cè)嵌貼CFRP進(jìn)行抗剪試驗(yàn)研究，試驗(yàn)研究成果表明，CFRP的嵌貼方向與梁軸線成一定角度進(jìn)行加固時(shí)，梁的抗剪承載力提高幅度較大。文獻(xiàn)[13]通過對6根采用CFRP筋嵌貼加固的足尺試驗(yàn)梁進(jìn)行抗剪試驗(yàn)研究，研究分析CFRP筋間距、加固方式、CFRP筋端部錨固方式等3種因素對試驗(yàn)梁抗剪性能的影響。最后通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析研究，提出相應(yīng)的抗剪承載力計(jì)算公式。

Barros等研究采用不同的CFRP板條嵌貼方向時(shí)的抗剪加固效果，試驗(yàn)結(jié)果得出梁軸成45度方向嵌貼的加固效果更佳，還得出CFRP板條嵌入式抗剪加固梁破壞時(shí)撓度較小、延性較好等有益結(jié)論。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對CFRP嵌入式加固法的研究則是從2004年才開始的，主要是試驗(yàn)研究，現(xiàn)有的研究成果比較少，工程應(yīng)用幾乎為零。

1.2.1 黏結(jié)性能研究[5]

吳浩淼對20根截面尺寸為150 mm×220 mm，長度為1 250 mm的鋼筋混凝土梁采用GFRP筋內(nèi)嵌加固進(jìn)行黏結(jié)性能研究。通過對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出：加固梁的破壞形式為GFRP筋拉斷破壞和GFRP筋自由端截面處發(fā)生斜截面彎矩破壞；GFRP筋的應(yīng)變沿長度的變化呈非線性變化趨勢；GFRP筋黏結(jié)應(yīng)力峰值的變化趨勢為隨著荷載的增大由加載端向自由端移動；對試件破壞形式影響較大的主要因素是GFRP筋的黏結(jié)長度、GFRP筋直徑、開槽快讀與GFRP筋直徑的比值等3方面。

陳俊敏通過單剪試驗(yàn)，對33個(gè)表層嵌貼FRP的混凝土試件進(jìn)行黏結(jié)機(jī)理方面的研究，研究開槽尺寸、混凝土強(qiáng)度、槽邊距、FRP的黏結(jié)長度和結(jié)構(gòu)膠類型等參數(shù)對FRP-混凝土黏結(jié)性能的影響。通過對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，得出一些結(jié)論：混凝土強(qiáng)度對試件承載力有一定的影響，混凝土強(qiáng)度等級的提高對FRP-膠層界面的剝離有一定的抑制作用，但不是很明顯；開槽寬度對試件承載力影響不大，但對FRP剝離長度的影響較大；試件的承載力隨著FRP黏結(jié)長度的增長而增大。

吳以莉、姚諫和朱曉旭采用表層嵌貼CFRP板加固8根長度為2.80 m，計(jì)算跨度為2.60 m的鋼筋混凝土T形梁，并對其黏結(jié)性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)過程中考慮CFRP板嵌貼長度和膠粘劑種兩種參數(shù)，分析這兩種參數(shù)對黏結(jié)性能的影響。通過對試驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，可知黏結(jié)性能好的膠粘劑可使CFRP板的高強(qiáng)性能得到充分發(fā)揮，試件的極限荷載提高較大；當(dāng)都采用性能好的膠粘劑時(shí)，CFRP板的極限荷載隨CFRP板嵌貼長度的增加而增大，但是當(dāng)嵌貼長度達(dá)到一定長度后，試件的極限荷載不再增大。

1.2.2 抗彎加固研究[6]

孫平平、申士軍、葉良對3根內(nèi)嵌FRP板的加固梁和1根對比梁進(jìn)行抗彎承載力試驗(yàn)，通過試驗(yàn)研究其力學(xué)性能。試驗(yàn)過程中通過對加固梁的破壞形式、抗彎極限承載力、裂縫開展情況和剛度變化等進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：內(nèi)嵌FRP板加固鋼筋混凝土梁可以有效地提高其抗彎性能；內(nèi)嵌FRP板加固鋼筋混凝土梁裂縫的擴(kuò)展有抑制作用。

丁亞紅和馬艷潔對內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力碳纖維加固的9根加固梁和1根未加固的對比梁進(jìn)行抗彎加載試驗(yàn)，對其受力過程、破壞形式、承載力、延性和變形情況進(jìn)行了研究。得出結(jié)論：內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力碳纖維筋加固鋼筋混凝土梁能大幅度提高加固梁的開裂荷載和極限荷載，有效的延遲裂縫開展和控制變形；隨著加固量及初始預(yù)應(yīng)力水平的提高，被加固試件的延性有所降低。

楊勇、謝標(biāo)云等對3根鋼筋混凝土簡支梁的受彎性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過分析附加錨固件對加固后鋼筋混凝土梁受力性能的影響。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：表層嵌貼螺紋碳纖維筋受力較為復(fù)雜，應(yīng)力傳遞不是連續(xù)均勻的；附加錨固件對加固后鋼筋混凝土梁的開裂荷載、屈服荷載沒有影響，對極限荷載的影響較大。

任振華、曾憲桃、劉漢龍、周豐俊對采用螺旋肋鋼筋和非預(yù)應(yīng)力的碳纖維筋以不同的組合方式嵌入混凝土梁受拉區(qū)混凝土保護(hù)層中進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。結(jié)果表明：采用以上方法加固的鋼筋混凝土梁的極限承載能力、剛度及抗裂性能均有顯著改善。

淳慶、張洋、潘建伍對12種嵌入式碳纖維板加固矩形木梁試件的抗彎性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試件包括4根未加固梁和8根嵌入式碳纖維板加固梁，研究嵌入式碳纖維板加固矩形木梁的破壞形式、抗彎承載力和截面應(yīng)變分布。試驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)嵌入式碳纖維板加固后，抗彎承載力相對于未加固試件明顯提高。松木試件和杉木試件的抗彎承載力提高幅度分別為9.1%～35.1%和19.8%～37.4%，并提出了嵌入式碳纖維板加固松木和杉木矩形木梁抗彎承載力的計(jì)算公式。

王興國、王文華等在已有的試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用分層法對內(nèi)嵌CFRP片材加固的RC梁加載過程中的荷載-撓度關(guān)系進(jìn)行分線性分析，同時(shí)考慮了初始荷載的作用，提出了加固梁的荷載-撓度曲線。

葉良、夏建中通過對2根混凝土梁進(jìn)行試驗(yàn)，其中1根內(nèi)嵌CFRP抗彎加固，試驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)嵌CFRP加固的梁，其開裂荷載、屈服荷載和極限荷載都有一定程度的提高，采用內(nèi)嵌CFRP加固混凝土梁，加固效果明顯。

鄧?yán)誓荨⒓?、張鵬等通過對6根混凝土梁進(jìn)行試驗(yàn)，其中4根內(nèi)嵌CFRP-PCPs加固，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用內(nèi)嵌CFRP-PCPs加固能更好地改善混凝土梁受力性能和變形性能，而且還能解決張拉錨固裝置施工復(fù)雜和造價(jià)高等問題。還有，根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范推導(dǎo)出撓度計(jì)算的修正公式，并與試驗(yàn)值對比，計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合良好。

1.2.3 抗剪加固試驗(yàn)

賈慶扉對9根表層嵌貼CFRP加固的混凝土梁進(jìn)行抗剪加載試驗(yàn)，主要研究加固梁的破壞形式和斜截面極限承載力。試驗(yàn)結(jié)果表明：在梁側(cè)面嵌貼CFRP板條可以有效地提高無腹筋混凝土梁的斜截面承載力；通過對影響鋼筋混凝土梁斜截面承載力的各種因素進(jìn)行分析，給出了梁側(cè)面發(fā)生CFRP-混凝土保護(hù)層剝離破壞模式時(shí)的斜截面承載力計(jì)算方法。

樊烽和姚諫對2根對比梁和5根表層嵌貼CFRP板條的抗剪加固梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)梁考慮了CFRP板間距、CFRP板加固量和箍筋配筋率3個(gè)參數(shù)對抗剪承載力的影響。研究結(jié)果表明，表層嵌貼CFRP板加固法能有效提高鋼筋混凝土有腹筋梁的抗剪承載力。

2 尚待研究的問題

CFRP板嵌入式加固法加固混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以提高其抗彎和抗剪承載力，有效的提高其剛度，充分顯示了CFRP板嵌入式加固技術(shù)的可行性和可靠性。但目前對這種新加固技術(shù)的研究還有一些不足之處，需進(jìn)一步研究：

1）采用CFRP板嵌入式加固法對有初始荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固的試驗(yàn)研究較少，研究預(yù)加載對加固梁受力性能的影響需進(jìn)一步完善。

2）初始荷載作用下，CFRP板嵌入式加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計(jì)算方法還不夠成熟，有待進(jìn)一步研究。

3）目前對CFRP板嵌入式加固的變形和裂縫方面的研究很少，理論方面計(jì)算撓度和裂縫公式的推導(dǎo)更少。

3 結(jié)語

采用纖維復(fù)合材料加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的研究一直是土木工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。國內(nèi)外對采用CFRP板嵌入式加固法的研究已取得了一定的成果，本文較系統(tǒng)的分析和總結(jié)了國內(nèi)外一些研究成果，分析總結(jié)采用此方法加固的效果及存在的不足，為進(jìn)一步的研究及實(shí)際工程的加固應(yīng)用提供參考，并提出了一些尚待深入研究的問題。

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TU756.4+9

A

1673-1093（2015）04-0087-03

梁金福（1982），男，壯族，廣西上林縣人，工程師，碩士研究生，從事工作：工程質(zhì)量檢測。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.04.020

2015-01-16；

2015-02-01