CFRP錨固梁錨固方式及錨固性能綜述

張正海

摘要：CFRP材料作為一種高強(qiáng)、輕質(zhì)材料，普遍應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)加固之中，且取得了較為理想的成果。本文依據(jù)現(xiàn)有資料及研究成果，對(duì)現(xiàn)在CFRP材料加固混凝土結(jié)構(gòu)中，不同錨固方式以及粘結(jié)劑對(duì)加固梁力學(xué)性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，并對(duì)其作用機(jī)理和需要進(jìn)一步改善的研究面進(jìn)行總結(jié)，為CFRP材料的研究工作提供一個(gè)方向。

關(guān)鍵詞：CFRP;結(jié)構(gòu)加固;錨固方式

中圖分類號(hào)：TU375.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

上世紀(jì)中期，國外房地產(chǎn)行業(yè)熱潮開始，一大批混凝土建筑物、構(gòu)筑物迅速出現(xiàn)，大批橋梁建設(shè)項(xiàng)目出現(xiàn)，摩天大樓層出不窮，但隨著時(shí)間推移，由于設(shè)計(jì)圖紙不規(guī)范、結(jié)構(gòu)荷載變化、外部混凝土受到環(huán)境侵蝕等原因，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)無法滿足使用功能。但值得注意的是，由于資金短缺、場(chǎng)地不足、時(shí)間不足等原因?qū)ΜF(xiàn)有建筑物、構(gòu)筑物進(jìn)行重建并不適宜。因此，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，使之達(dá)到使用要求，成為當(dāng)下建筑能夠滿足使用要求的最佳途徑。

CFRP材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕、耐疲勞等諸多良好性能，起初主要應(yīng)用于航空航天工業(yè)中，后期在建筑加固方面優(yōu)勢(shì)較大，被普遍應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固之中。上世紀(jì)末，CFRP材料進(jìn)入我國，并被普遍應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)加固方面。同時(shí)，我國學(xué)者對(duì)CFRP材料進(jìn)行了一系列的研究，獲得了較多CFRP材料的性能特點(diǎn)。本文對(duì)CFRP材料粘貼過程中不同錨固方式及對(duì)CFRP加固力學(xué)性能的影響進(jìn)行論述，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了探討

1. CFRP材料錨固現(xiàn)狀

CFRP材料本身具有高強(qiáng)、質(zhì)輕、抗腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是，良好的加固效果必須讓加固材料與被加固結(jié)構(gòu)共同工作，因此，保證CFRP材料與混凝土結(jié)構(gòu)之間有良好的粘貼并共同工作成為加固重點(diǎn)。

許哲[1]通過自己設(shè)計(jì)性能可靠的錨具，使用單面剪切試驗(yàn)法，分別對(duì)黏結(jié)劑內(nèi)嵌 CFRP 板試件、錨具夾持 CFRP 板試件和復(fù)合錨固試件與混凝土的黏結(jié)錨固性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究了內(nèi)嵌錨具夾持 CFRP 板與混凝土的錨固性能，發(fā)現(xiàn)破壞形態(tài)為錨具齒板與 CFRP 板條的相對(duì)滑移破壞和 CFRP 板拉斷破壞，錨具的錨固性能不受混凝土強(qiáng)度等級(jí)和錨具間距的影響，在螺栓可承受的扭矩范圍內(nèi)增大螺栓扭矩、增大錨具數(shù)量和使用更大尺寸的錨具，都可獲得更好的錨固性能。付婷婷[2]通過設(shè)計(jì)了鋼板壓條錨固、 CFRP-U形箍錨固及混雜錨固三種錨固方法對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁進(jìn)行加固，并與對(duì)比梁作比較，通過抗彎試，分析并解釋了CFRP 外貼法加固梁與未加固梁在承載力、跨中撓度、破壞模式等方面的差異;分析并對(duì)比了錨固對(duì)梁抗彎加固的力學(xué)性能影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：相較于未加固梁，CFRP 外貼法能夠有效提高梁的極限承載力及剛度;相較于傳統(tǒng) CFRP 加固法，錨固加固法能顯著提高梁的極限承載力、整體剛度、延性及CFRP 強(qiáng)度利用率，更為有效的發(fā)揮 CFRP 作用;通過三種錨固方法的綜合比較，CFRP-U形箍錨固方法更為簡(jiǎn)單有效。梁玉國，趙炎，宋麗娟[3]通過10根加固混凝土梁的抗彎試驗(yàn)，并建立相應(yīng)的混凝土抗彎承載力模型，從正截面受彎承載力、碳纖維布強(qiáng)度、跨中最大應(yīng)變、抗剝離機(jī)制4個(gè)方面研究了低強(qiáng)度混凝土梁在采用不同附加錨固方式時(shí)的剝離破壞形態(tài)。采取合理的附加錨固措施時(shí)，碳纖維布加固低強(qiáng)度混凝土梁的受彎承載力可以大幅度提高，梁側(cè)約束鋼板這種附加錨固措施效果最好。研究結(jié)論為優(yōu)化設(shè)置附加錨固方式來提高碳纖維布加固效果提供參考依據(jù)。

2.CFRP材料加固要求

在混凝土結(jié)構(gòu)加固工程中，結(jié)構(gòu)加固效果與諸多因素有關(guān)，如混凝土自身強(qiáng)度，混凝土自身強(qiáng)度較低，加固效果不會(huì)理想;同時(shí)，加固材料強(qiáng)度符合要求，加固材料強(qiáng)度一般情況下在加固方向應(yīng)高于混凝土自身強(qiáng)度;最重要的是，應(yīng)確保混凝土與加固材料能夠共同承受作用，否則會(huì)造成加固效果不理想、加固材料浪費(fèi)、甚至造成結(jié)構(gòu)破壞，影響人民財(cái)產(chǎn)安全。

為了使加固效果滿足要求，在選擇合理的粘結(jié)劑的情況下，選擇合理的錨固方式極為重要，對(duì)于抗彎結(jié)構(gòu)，粘貼完成后應(yīng)注意在端部進(jìn)行結(jié)構(gòu)螺栓錨固，抗彎結(jié)構(gòu)進(jìn)行CFRP材料加固時(shí)，若混凝土本身強(qiáng)度足夠，失效模式往往表現(xiàn)為CFRP布端部剝離，因此保證CFRP布端部不發(fā)生剝離很重要，選擇合理錨固螺栓個(gè)數(shù)進(jìn)行兩端錨固，確保結(jié)構(gòu)不先發(fā)生剝離破壞。對(duì)于抗剪結(jié)構(gòu)，剪切破壞往往發(fā)生在端部縱向，因此，粘貼完成后應(yīng)注意在端部進(jìn)行側(cè)向CFRP布材側(cè)向錨固，預(yù)防結(jié)構(gòu)首先發(fā)生縱向剪切破壞。對(duì)于抗扭結(jié)構(gòu)，扭矩在同截面梁中，扭矩大小全量相同，注意全梁CFRP抗扭粘貼，扭矩在異截面梁中，在截面變化區(qū)域進(jìn)行抗扭加固，在扭矩最大處進(jìn)行抗扭加固。對(duì)于承受混合作用效果的結(jié)構(gòu)，我們應(yīng)結(jié)合其混合作用具體受力情況進(jìn)行錨固，做到物盡其用，節(jié)能環(huán)保。具體加固選擇見表1。

3.結(jié)論

國內(nèi)外學(xué)者們對(duì)CFRP加固混凝土的加固方式及錨固器具進(jìn)行了一系列的研究，通過設(shè)計(jì)不同錨固方式對(duì)各種錨固方式的錨固效果、作用機(jī)理、不足需改進(jìn)之處進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，取得了豐碩的成果。結(jié)合各類文獻(xiàn)，我們可以知道CFRP對(duì)混凝土的加固效果主要取決于混凝土材料力學(xué)性能、CFRP材料力學(xué)性能以及兩者是否可以保證共同工作。為確保CFRP對(duì)混凝土進(jìn)行加固的效果達(dá)到理想要求，我們需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行一系列的研究工作：

（1）提高混凝土材料自身力學(xué)性能。我們可以通過其他手段，在進(jìn)行CFRP加固之前對(duì)混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)加固，如通過高強(qiáng)混凝土外包等方式提高混凝土自身的力學(xué)性能。

（2）選擇合適的CFRP材料。不同的CFRP材料力學(xué)性能各不相同，在合適部位選擇符合加固要求的CFRP材料尤為重要，即有利于充分利用材料，又有助于節(jié)省資金。

（3）選擇合適的粘貼面及粘結(jié)劑。混凝土各表面受侵蝕狀況各不相同，進(jìn)行加固時(shí)盡量選擇侵蝕情況較弱的表面，另外，選擇合適的粘結(jié)劑可以充分發(fā)揮材料性能，強(qiáng)化加固效果。

（4）選擇合理的錨固方式。CFRP材料錨固方法多樣，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理錨固方式，避免錨固方式不恰當(dāng)造成材料浪費(fèi)，同時(shí)注意不會(huì)造成人民財(cái)產(chǎn)安全損失。

參考文獻(xiàn)

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安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院 安徽 淮南 232001