廖 陽(yáng)

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨具夾持性能試驗(yàn)研究

廖 陽(yáng)

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）

現(xiàn)代材料科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，研究出可用于替代原始預(yù)應(yīng)力鋼筋的理想材料——碳纖維材料，該材料相較于傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力材料具有耐久性能好、強(qiáng)度高以及高模量等優(yōu)勢(shì)，尤以其在橋梁等大跨度結(jié)構(gòu)體的加固應(yīng)用中更能體現(xiàn)出非常高的技術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)應(yīng)力碳纖維板的錨固效果，根據(jù)錨具選擇的不同所得結(jié)果也大相徑庭，本次論文研究，筆者主要針對(duì)夾片式錨具，通過(guò)對(duì)其夾片厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用試件靜力破壞試驗(yàn)來(lái)分析不同厚度錨具夾片作用下的預(yù)應(yīng)力碳纖維板夾持性能。

0 引言

夾片式錨具以其安裝制作工藝的成熟以及錨固可靠等特點(diǎn)，成為目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上較為推崇的錨具之一，被廣泛應(yīng)用于橋梁加固工程中。所謂夾片式錨具是指一種利用夾片與鋼絞線的摩擦阻力錨固原理，設(shè)計(jì)并應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土結(jié)構(gòu)的夾持裝置，其工作原理是利用錨環(huán)與夾片之間存在的維度，利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板所受外部荷載，使錨具夾片產(chǎn)生移動(dòng)并相互擠壓產(chǎn)生摩阻力，即夾持咬合力，由于這種夾持力是在受載作用下產(chǎn)生的，因而屬于被動(dòng)的夾持力。針對(duì)夾片式錨具對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維板夾持性能的影響，為進(jìn)一步改良優(yōu)化錨具各項(xiàng)參數(shù)提供依據(jù)和參考，如何通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)選擇出最優(yōu)的夾片厚度參數(shù)就成為本次論文研究的重點(diǎn)。

1 已有研究分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究不難發(fā)現(xiàn)，針對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已做大量工作，包括Garden和Hollaway等人通過(guò)與非預(yù)應(yīng)力加固梁的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)跨度為1m和4.5m的受彎梁構(gòu)件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固，分析其加固前后彎曲性能的變化。試驗(yàn)結(jié)果表明：在剝離破壞方面，碳纖維板與非預(yù)應(yīng)力碳纖維板破壞模式相同，與之不同的是碳纖維板的拉斷破壞；隨著預(yù)應(yīng)力的增加，構(gòu)件的變形逐漸減小，抗彎剛度增強(qiáng)，充分體現(xiàn)了碳纖維的高強(qiáng)性能。國(guó)內(nèi)學(xué)者葉列平等人采用自主研發(fā)的碳纖維布預(yù)應(yīng)力張拉裝置，對(duì)已開裂的梁構(gòu)件通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力的方式進(jìn)行加固，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程體現(xiàn)的抗彎性能變化做總結(jié)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方式有效提升了梁的開裂荷載，使其裂縫寬度和撓度得到有效控制。

針對(duì)錨具夾片這一方面所做研究包括有對(duì)不同錨具夾片材料以及不同錨具形式下錨固性能的研究。比如，重慶交通大學(xué)陳海波對(duì)兩種形式碳纖維板錨夾具（波形錨和夾片錨）的錨固性能進(jìn)行對(duì)比研究，在碳纖維板破壞形態(tài)方面得到相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：波形齒式夾具錨索夾持的碳纖維板破壞得比較充分；夾片式錨具所夾持的碳纖維板是由于劈裂滑移而破壞不充分。從破壞形態(tài)上來(lái)講，波形齒式夾具錨優(yōu)于夾片式錨具。同時(shí)在錨固效率方面，波形錨同樣優(yōu)于夾片錨。夾片式錨則具有對(duì)后張束鋼材的下料長(zhǎng)度要求不嚴(yán)，成束方便等優(yōu)勢(shì)，為進(jìn)一步探究此類錨具對(duì)夾持性能的影響，筆者通過(guò)對(duì)錨具夾片厚度的設(shè)置，進(jìn)行相關(guān)靜力破壞試驗(yàn)來(lái)選擇夾片式錨具的最佳夾片厚度。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究

2.1 試驗(yàn)裝置

本次論文主要圍繞不同厚度錨具夾片對(duì)同一型號(hào)、同一材質(zhì)預(yù)應(yīng)力碳纖維板的夾持性能影響。試驗(yàn)選用預(yù)應(yīng)力碳纖維板規(guī)格參數(shù)為：寬 50mm、厚 2mm。試驗(yàn)總共設(shè)置三組錨具夾片試件，其材質(zhì)均為Q345鋼材，試件規(guī)格共有三組，分別為MJ-1-0：初始厚度、MJ-1-50：加厚50絲、MJ-1-100：加厚100絲，后文分別以第一、二、三組試件進(jìn)行表述。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

在靜力張拉試驗(yàn)準(zhǔn)備階段（預(yù)頂階段），三組試件的張拉端和固定端均采用勻速加載，每次加載穩(wěn)定后再進(jìn)行下一次加載的方式，張拉端和固定端預(yù)頂力分別加載至合理數(shù)值后持荷一段時(shí)間，最后釋放千斤頂卸載。

在靜力張拉試驗(yàn)的張拉過(guò)程中，采用一端錨固，另一端用液壓千斤頂張拉的方式進(jìn)行。

張拉前先進(jìn)行預(yù)緊裝置，預(yù)拉時(shí)拉力取10KN，然后采用逐級(jí)張拉，拉力分別取抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、75%……，每級(jí)張拉后持荷5min左右，觀察無(wú)異常后逐級(jí)加載。到達(dá)抗拉強(qiáng)度75%之后再加載，觀察無(wú)異常后再以50 MPa為增量，逐級(jí)加載，每級(jí)持荷時(shí)間為10min。張拉過(guò)程中注意讀取應(yīng)變儀讀數(shù)，觀察是否有斷絲聲，通過(guò)應(yīng)變儀采集每個(gè)加載階段對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，加載至出現(xiàn)斷絲狀態(tài)持荷直至碳板劈裂，記錄號(hào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)供后期分析研究。

2.3 試驗(yàn)現(xiàn)象及分析

通過(guò)相關(guān)靜力張拉試驗(yàn)，對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨具夾片厚度分別相差0.5mm的三組夾片試件進(jìn)行夾持性能研究，得到如下幾點(diǎn)試驗(yàn)現(xiàn)象：

（1）預(yù)應(yīng)力碳纖維板以其自身優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于橋梁加固項(xiàng)目中，試驗(yàn)所選夾片式錨具進(jìn)行錨固屬于被動(dòng)錨固方式，其緊壓力主要是由碳纖維板作用于夾片移動(dòng)產(chǎn)生；

（2）第一組錨具夾片試件在110KN時(shí)繼續(xù)加載出現(xiàn)斷絲，加載至115.2kN，持荷1min，回到96.2kN，穩(wěn)定后讀取應(yīng)變儀讀數(shù)，繼續(xù)加載直至碳板劈裂。

（3）第二組錨具夾片試件加載至245.2kN時(shí)碳板首次出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，加載至260.6kN時(shí)出現(xiàn)斷絲，回載到256.2kN；再繼續(xù)加載至263kN時(shí)斷絲急速出現(xiàn)，然后斷裂。

（4）第三組錨具夾片試件加載至230kN出現(xiàn)響聲，荷載回到223kN，初步評(píng)估是由于夾片進(jìn)一步滑移產(chǎn)生；再次加載，加載至230.7kN，回到228.4kN；持續(xù)加載，碳板斷裂。

從以上結(jié)果可以看出碳纖維板在張拉過(guò)程中，當(dāng)荷載比較小時(shí)，受力分布還是較均勻的；隨著荷載的增大，不均勻性逐漸變大。當(dāng)荷載比較小時(shí)，實(shí)測(cè)的彈性模量跟理論值也是比較接近的，但是隨著荷載的增大，卻出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是碳板和錨具之間產(chǎn)生了微小的滑移，導(dǎo)致應(yīng)變的下降。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文共進(jìn)行了三組預(yù)應(yīng)力碳纖維板夾片式錨具錨固性能的試驗(yàn)，通過(guò)分析可知：第二組碳纖維板的受力性能和錨固效果最好，第三組次之，第一組的效果最差。但是三組碳纖維板和錨具抗拉強(qiáng)度都能達(dá)到一定強(qiáng)度，已可以滿足實(shí)際工程的錨固要求，但還應(yīng)綜合考慮造價(jià)和施工簡(jiǎn)便等原則。

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1007-6344（2017）02-0344-01

廖陽(yáng)（1991.08~），男，四川仁壽人，重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院2014級(jí)碩士研究生，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)