張正海

摘要：CFRP材料作為一種高強、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)劑對加固梁力學(xué)性能的影響進行系統(tǒng)的闡述，并對其作用機理和需要進一步改善的研究面進行總結(jié)，為CFRP材料的研究工作提供一個方向。

關(guān)鍵詞：CFRP;結(jié)構(gòu)加固;錨固方式

中圖分類號：TU375.1文獻標(biāo)識碼：A

引言

上世紀中期，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)項目出現(xiàn)，摩天大樓層出不窮，但隨著時間推移，由于設(shè)計圖紙不規(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、場地不足、時間不足等原因?qū)ΜF(xiàn)有建筑物、構(gòu)筑物進行重建并不適宜。因此，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行加固，使之達到使用要求，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)勢較大，被普遍應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固之中。上世紀末，CFRP材料進入我國，并被普遍應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)加固方面。同時，我國學(xué)者對CFRP材料進行了一系列的研究，獲得了較多CFRP材料的性能特點。本文對CFRP材料粘貼過程中不同錨固方式及對CFRP加固力學(xué)性能的影響進行論述，并對其作用機理進行了探討

1. CFRP材料錨固現(xiàn)狀

CFRP材料本身具有高強、質(zhì)輕、抗腐蝕等一系列優(yōu)點，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。

許哲[1]通過自己設(shè)計性能可靠的錨具，使用單面剪切試驗法，分別對黏結(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)錨固性能進行了試驗研究，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 板條的相對滑移破壞和 CFRP 板拉斷破壞，錨具的錨固性能不受混凝土強度等級和錨具間距的影響，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鋼筋混凝土簡支梁進行加固，并與對比梁作比較，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;分析并對比了錨固對梁抗彎加固的力學(xué)性能影響。試驗結(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，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、碳纖維布強度、跨中最大應(yīng)變、抗剝離機制4個方面研究了低強度混凝土梁在采用不同附加錨固方式時的剝離破壞形態(tài)。采取合理的附加錨固措施時，碳纖維布加固低強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)，如混凝土自身強度，混凝土自身強度較低，加固效果不會理想;同時，加固材料強度符合要求，加固材料強度一般情況下在加固方向應(yīng)高于混凝土自身強度;最重要的是，應(yīng)確?；炷僚c加固材料能夠共同承受作用，否則會造成加固效果不理想、加固材料浪費、甚至造成結(jié)構(gòu)破壞，影響人民財產(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，對于抗彎結(jié)構(gòu)，粘貼完成后應(yīng)注意在端部進行結(jié)構(gòu)螺栓錨固，抗彎結(jié)構(gòu)進行CFRP材料加固時，若混凝土本身強度足夠，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數(shù)進行兩端錨固，確保結(jié)構(gòu)不先發(fā)生剝離破壞。對于抗剪結(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)域進行抗扭加固，在扭矩最大處進行抗扭加固。對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CFRP加固混凝土的加固方式及錨固器具進行了一系列的研究，通過設(shè)計不同錨固方式對各種錨固方式的錨固效果、作用機理、不足需改進之處進行了一系列的試驗，取得了豐碩的成果。結(jié)合各類文獻，我們可以知道CFRP對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對混凝土進行加固的效果達到理想要求，我們需要在以下幾個方面進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，在進行CFRP加固之前對混凝土進行結(jié)構(gòu)預(yù)加固，如通過高強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?；炷粮鞅砻媸芮治g狀況各不相同，進行加固時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)實際情況進行合理錨固方式，避免錨固方式不恰當(dāng)造成材料浪費，同時注意不會造成人民財產(chǎn)安全損失。

參考文獻

[1]許哲. 內(nèi)嵌錨具夾持 CFRP 板與混凝土黏結(jié)錨固性能試驗研究[D]. 鄭州：華北水利水電大學(xué)， 2020.

[2]付婷婷. 錨固方法對 FRP 抗彎加固梁的力學(xué)性能影響研究[D]. 淮南： 安徽理工大學(xué)， 2017.

[3]梁玉國， 趙炎， 宋麗娟. 碳纖維布加固低強度混凝土梁不同附加錨固方式試驗研究 [J]. 華北地震科學(xué)， 2015， 033（S）： 99-106.

[4]滕錦光. FRP加固混凝土結(jié)構(gòu) [M]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2005.

[5]董坤， 戟治鵬， 楊松， 等. 端部機械錨固FRP-混凝土黏結(jié)界面承載力試驗研究 [J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報， 2020， 41（S1）： 399-405.

[6]殷俊鵬. 部分粘貼CFRP加固鋼筋混凝土抗彎構(gòu)件的延性研究[D]. 淮南： 安徽理工大學(xué)， 2017.

安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院 安徽 淮南 232001