CFRP预应力筋粘结式锚固系统的抗疲劳性能

CFRP加固技术施工便捷，工效高，不需要大型施 工机具，施工占用场地少；具有较强的变形性能，可以 在各种形状的结构物上进行修补，适用面广；粘接质 量易保证，即使被加固的结构表面不是非常平整，也 基本可以达到 100%的有效粘贴率。
材料是决定此加固方法效果的关键，CFRP材料 和专用结构胶的选取直接决定着加固质量。两种不同 材料工作的滞后效应影响着加固结构的工作效率。弹 性模量与强度的比值过低，与钢筋混凝土共同工作时 CFRP的强度得不到重分发挥。另现场施工时还应注 意防火问题。
赵少伟、张晓彬等[3]对 6根大比例的混凝土梁进 行有粘接预应力 CFRP板加固梁试验，发现经预应力 碳纤维板加固的损伤梁疲劳性能与完好梁相近；预先 /%
施加 60%预拉力试件的钢筋应变、裂纹间距及宽度较 部滑移量呈增长趋势；应力水平越高对剪应变沿黏结
40%的试件均有所增大，疲劳性能显著降低；预应力 长度的分布规律及端部滑移情况的影响越明显，剩余
CFRP材料的弹性模量与钢材接近，仅靠粘接力 加固在正常使用状态下碳纤维未能充分利用、对试件 的受力性能无显著改善作用且主要以粘结界面失效 而破坏。采用不同的加固方式可有效改善加固梁的受 力性能。
易正翔、李昂等[2]通过不同孔径及孔距 CFRP板 条混凝土梁的拉拔试件(6个外贴式，6个内嵌式)研究 了开孔 CFRP板条与混凝土粘接性能。结果表明： CFRP板条开孔可以显著增加 CFRP与混凝土粘结界 面的延性；任何形式的开孔 CFRP板条组合界面的粘 接强度均明显提高；在一定范围内，随着 CFRP板条 开孔直径的增大，组合界面的粘接强度逐步增加；小 距离开孔对粘接效果的提高仅在一定范围内有效。
①预应力 CFRP加固梁可极大地提高试验梁的 服役寿命，采用预应力锚具在两端进行可靠锚固，还 能避免碳纤维片材与钢梁表明过早发生剥离破坏。可 见预应力碳纤维加固在结构加固中具有较好的应用 前景。

不同胶层厚度条件下CFRP-混凝土粘结界面的疲劳性能李树霖;王博【摘要】通过素混凝土双剪切试验模型，用能量的观点来研究胶层厚度对外贴CFRP-混凝土界面疲劳性能的影响。

研究结果表明：胶层厚度的增加对 CFRP-混凝土粘结界面的刚度退化和疲劳损伤的累积都起到抑制作用，且胶层厚度对CFRP-混凝土界面疲劳损伤速率有着明显的影响；试件试验粘结区CFRP-混凝土粘结界面自由端的最大滑移量随胶层厚度的增加而减小。

%From the view of the energy to study how the adhesive thickness influences the fatigue performance of externally bonded CFRP-concrete interfaces,the conclusion can be drawn as follows:The increase in adhesive thickness has a good effect on the stiffness of the CFRP-concrete bonding interface and fatigue damage accumulation is re-strained,i.e.,the adhesive thickness has a significant impact on the rate of fatigue dam-age of CFRP-concrete interface.The maximum slip test bonding area of the CFRP-con-crete bonding surface tension decreases with the increase of the adhesive thickness.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P51-54,71)【关键词】胶层厚度;疲劳性能;滑移;滞回环【作者】李树霖;王博【作者单位】长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙 410004;湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008【正文语种】中文【中图分类】U446.1;O346.1自20世纪40年代以来，纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，简称为FRP）被广泛地应用于航空、船舶、汽车、化工、医学及机械等工业领域。

第29卷第8期 V ol.29 No.8 工 程 力 学 2012年 8 月 Aug. 2012 ENGINEERING MECHANICS172———————————————收稿日期：2010-11-08；修改日期：2011-02-20基金项目：国家自然科学基金项目(51006133，51178197)；厦门市科技计划项目(3502Z20093029)；福建省科技重大项目(2011y4008) 通讯作者：郭子雄(1967―)，男(回族)，福建惠安人，教授，博士，院长，主要从事工程结构抗震防灾的研究(E-mail: guozxcy@). 文章编号：1000-4750(2012)08-0172-08筋夹板式锚具锚固性能试验研究叶 勇，郭子雄(华侨大学土木工程学院，福建，泉州 362021)摘 要：设计了一种CFRP 筋夹板式锚具，通过对40个CFRP 筋-锚具组装件的拉拔试验，研究了锚固长度、螺栓预紧力、螺栓数量和CFRP 筋表面处理等对锚具锚固性能的影响。

试验结果表明：试件的破坏形态包括CFRP 筋的滑移、断裂和拉脱三种，试件达到极限荷载时的滑移量较小。

增加锚固长度、螺栓总预紧力、螺栓数量以及对CFRP 筋表面打磨处理均可在一定范围内提高锚具试件的极限荷载。

通过合理控制上述参数，可以使锚具发挥良好的锚固性能，满足实际使用要求。

该文给出了CFRP 筋夹板式锚具合理的构造和螺栓预紧力值。

在试验研究基础上，分析了CFRP 筋夹板式锚具的锚固作用机理，建立考虑锚固长度、螺栓预紧力和螺栓数量的CFRP 筋-锚具界面平均摩擦系数模型，并提出夹板式锚具的极限荷载计算公式，与试验结果吻合良好，具有较好的适用性。

关键词：碳纤维筋；夹板式锚具；拉拔试验；锚固性能；荷载-滑移关系中图分类号：TU502.6 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0806EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE PERFORMANCE OF CLAMPINGANCHORS FOR CFRP RODSYE Yong , GUO Zi-xiong(College of Civil Engineering, Huaqiao University, Quanzhou, Fujian 362021, China)Abstract: A series of 40 pull-out tests were carried out to study the anchorage performance of a new type of clamping anchor for CFRP rods. The various variables included the bonded length, the pre-tightening forces and number of bolts, and the surface treatment of CFRP rod. There were three types of failure modes observed in the tests, namely fracture, slip and pullout of CFRP rod, respectively. Slight slip was measured when the ultimate load of specimen was reached. Test results show that increasing the bonded length, pre-tightening forces or number of bolts leads to a higher ultimate load, and so does rod-surface rubbing. Suitable size of the clamping anchor and pre-tightening forces of bolts are proposed. The anchorage mechanism of the clamping anchor is analyzed, and a model to predict the ultimate capacity of specimen is put forward based on the test results. The calculated results are in good agreement with the test ones.Key words: CFRP rods; clamping anchor; pull-out test; anchorage performance; load-slip relation碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer ，简称CFRP)筋具有轻质高强、抗疲劳性能好、耐腐蚀等优点，在新建工程和加固工程中应用广泛[1]。

碳纤维预应力筋及拉索锚固系统的试验研究和理论分析由于高级复合材料-碳纤维增强塑料CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索是一种横观各向同性材料,其抗剪强度与抗拉强度之比较低,导致传统的预应力筋或拉索锚具不再适用于CFRP预应力筋或拉索,否则将会由于抗剪强度过低而导致过早失效。

因此,若在预应力混凝土或拉索结构中应用CFRP预应力筋或拉索,必须研制适合CFRP预应力筋或拉索的锚固系统。

目前有关CFRP预应力筋或拉索锚固系统的系统研究成果及其应用仍较少,为了使其研究成果进一步完善,应用范围进一步扩大,对CFRP预应力筋及拉索的锚固系统进行系统研究具有重要的实用价值和理论意义。

本文依托国家自然科学基金资助项目和教育部优秀青年教师资助基金对CFRP预应力筋及拉索的锚固系统进行了系列的试验研究和理论分析。

主要的研究内容及其相应的研究成果如下:(1)开发了一种新的CFRP筋粘结式锚具,即采用活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)作为粘结介质的粘结式锚具。

静载试验详细研究了CFRP筋在RPC中的锚固性能,试验参数包括CFRP筋的表面形状、预张拉力、锚固长度、根数、间距以及套筒内壁倾角等。

试验结果表明,对于抗拉强度不大于3000MPa的表面压纹CFRP筋,RPC抗压强度不小于130MPa,普通粘结试件的临界锚固长度为20倍筋材直径;对于预张拉粘结试件,当预张比为56%时,锚固系统具有最短临界锚固长度,为13倍筋材直径。

根据试验结果,建立了平均粘结强度、平均粘结强度对应的滑移量、临界锚固长度以及粘结滑移本构模型,并验证了其适用性。

(2)通过试验研究得到了CFRP筋在RPC中粘结应力沿埋长分布的实测曲线,并建立了粘结应力沿埋长分布的位置函数的计算式。

在试验研究的基础上,从粘结锚固性能的平衡方程、变形方程以及本构方程出发,推导了粘结应力、CFRP筋轴向应力、滑移量以及位置函数等锚固变量沿锚长分布的理论计算公式。

CFRP加固混凝土结构的优点及施工技术要素摘要：目前，纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Plastic，简称FRP）用于加固混凝土结构的技术已经日渐成熟。

FRP材料主要有：碳纤维增强塑料（CFRP）、玻璃纤维增强塑料（GFRP）和芳纶纤维增强塑料（AFRP）。

CFRP 除了具有自重轻、强度高、还具有良好的耐腐蚀性能，因此在加固和修复混凝土结构工程领域有着广泛的应用前景，然而CFRP加固混凝土结构还面临着很多的技术性难题有待研究。

由于作者近两年接触了较多房屋加固工程，如广州市知用中学教学楼项目、广州卫生学校学生宿舍楼项目，都采用到了CFRP加固混凝土结构的技术，然而施工员的技术水平。

作者为了进步了解CFRP加固混凝土结构的技术，查阅了大量的资料，将作者对CFRP技术的思考和理解总结于下文。

关键词：碳纤维增强复合材料（CFRP）;（CFRP）力学性能;混凝土结构Abstract: In the past two years, the author contact with the reinforcement of more housing, such as Guangzhou City to know the middle school project, the Guangzhou Health School student dormitory project, it all used to the technology of CFRP reinforced concrete structures, however, construction members of the technical level. Of CFRP reinforced concrete structures technology in order to progress to understand, access to large amounts of data are summarized in the following of thinking and understanding of CFRP.Key words: carbon fiber reinforced composite materials (CFRP); (CFRP) mechanical properties; concrete structures一、CFRP纤维材料混凝土加固技术现状CFRP纤维材料通常加固钢筋混凝土结构的方法是将它粘贴在混凝土的表面，通过树脂将CFRP纤维材料与混凝土有效的粘结以实现它们之间传递受力的作用。

梯度锚固预应力 NSM CFRP 加固 RC 梁静力及疲劳性能研究作者：龚爽彭晖粟淼张建仁钟卿瑜来源：《湖南大学学报·自然科学版》2022年第01期摘要：针对表层嵌贴预应力 CFRP加固梁因黏结端部应力集中导致混凝土保护层易剥离破坏的问题，提出了在 CFRP 端部设置梯度预应力的构造措施，并通过构件试验系统研究了梯度锚固预应力 CFRP加固梁的静载和疲劳性能.试验结果表明：在静力荷载作用下，梯度锚固预应力 CFRP加固梁极限荷载较普通表层嵌贴预应力 CFRP加固梁最大提高35.06%，破坏模式由端部保护层剥离破坏转变为保护层剥离与 CFRP 断裂复合破坏，梯度锚固预应力 CFRP加固显著提高了 RC 梁的静载性能，且有明显的黏结应力峰值传递现象;疲劳荷载下梯度锚固预应力加固梁的疲劳寿命也较普通嵌贴加固梁显著提高，且疲劳破坏模式由端部保护层剥离转变为纵向受拉钢筋疲劳断裂;梯度锚固预应力构造显著增强了加固梁抵抗剥离破坏发生的能力，提高了加固梁疲劳性能.关键词：表层嵌贴;CFRP;梯度锚固;静力性能;疲劳性能中图分类号：U447 文献标志码：AStudy on Monotonic and Fatigue Behavior of RC Beams Strengthened with Gradually Anchored Prestressed NSM CFRPGONG Shuang1，PENG Hui1，2†，SU Miao1，ZHANG Jianren1，2，ZHONG Qingyu1（1. School of Civil Engineering，Changsha University of Science & Technology，Changsha 410114，China;2. Key Laboratory of Bridge Engineering Safety Control by Department of Education （Changsha Universityof Science & Technology），Changsha 410114，China）Abstract：The existing studies show that reinforced concrete beams strengthened with prestressed near-surface mounted （NSM） CFRP are easy to fail by concrete cover separation due to the stress concentration at the bonded end of CFRP. In this paper， the construction details of applying gradient prestress at the end of CFRP were proposed， and a series of experiments were carried out to study the load-carrying behavior of the strengthened beams under static and fatigue loads. The test results show that under static load， the ultimate load of beams strengthened with gradually anchored prestressed NSM CFRP was increased up to 35.06%， compared with the beam strengthened with prestressed NSM CFRP. And the failure mode was changed from the concrete cover separation at bonded end into the combined failure of the concrete cover and CFRP fracture. These indicate that the strengthen method with gradually anchored prestressed NSM CFRP can significantly improve the monotonic behavior of beams， and there is an obvious bond stress peak transfer phenomenon. In addition， the fatigue life of beams strengthened with gradually anchored prestressed NSM CFRP was significantly increased， and the fatigue failure mode is changed from the concrete cover separation to the fatigue fracture of longitudinal steel bars . The details of applying gradient prestress enhances the ability of strengthened beams to resist the failure of end concrete cover， and thus improves the fatigue performance.Key words：near-surface-mounted（NSM ）;CFRP;gradually anchored;static behavior;fatigue behavior纖维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer， FRP ）具备轻质、高强、耐腐蚀和耐疲劳性好等优异性能，已被广泛应用于桥梁和建筑等工程结构的加固及新建工程中，其中碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP ）强度较高，在混凝土结构加固中应用最为广泛[1-2].为提高 FRP 材料强度利用率，Triantafillou 等[3]对 FRP 材料施加预应力，并提出了在保证预应力体系不发生锚固破坏条件下最大预应力水平的分析模型;叶列平等[4]研发了CFRP 布预应力张拉设备，进行了预应力 CFRP 布外贴加固受弯梁的试验研究，证实了对CFRP 布施加预应力能有效提高加固梁的承载力，减小梁的挠度和裂缝宽度.为改善外贴预应力FRP 加固易发生 FRP 剥离的不足并省去 FRP 永久锚具，国内外学者将预应力 FRP 加固技术与表层嵌贴（ Near Surface Mounted，NSM ）技术[5-6]相结合，对 FRP 先施加预应力，再嵌入到被加固结构的混凝土保护层内预先开好的槽中，并填入环氧树脂将 FRP 黏结于混凝土上.嵌贴方式显著扩大了 FRP 与混凝土的黏结面积从而提高了两者之间的黏结能力，从而单靠嵌贴FRP-混凝土之间的黏结能力即可实现对预应力 FRP 的锚固，无需设置较昂贵的 CFRP 专门锚具，降低了加固成本.已有的试验研究表明[7-9]：表层嵌贴预应力 FRP 加固显著提高了受弯构件的承载性能，有效抑制了外贴预应力 FRP 加固中经常出现的近跨中剥离，在技术效果和经济性方面具有独特优势，有望在中小跨度的混凝土结构中得到广泛应用.但另一方面，外贴和表层嵌贴 FRP 加固混凝土梁都容易出现黏结端部混凝土保护层剥离现象，这是因为 FRP 端部位置截面存在刚度突变，荷载作用下会产生较大应力集中.滕锦光等[10-11]提出了适用于 NSM FRP 加固梁保护层剥离破坏的强度模型，并验证了其良好的预测性能;Rezazadeh 等[12]针对端部保护层剥离破坏，假设了预应力 FRP 端部断面形状，并提出用抵抗黏结长度来衡量抵抗剥离破坏的能力.嵌贴 FRP 被施加预应力后端部混凝土保护层剥离破坏现象更易出现[13-14]，并可能导致加固梁过早破坏.预应力由嵌贴 FRP 向混凝土传递时会在其黏结端部出现应力集中，加上荷载在此处引起的黏结应力，嵌贴 FRP 端部截面的混凝土保护层更容易发生剥离.为延缓或避免预应力 CFRP 加固梁发生端部混凝土保护层剥离破坏，Motavalli等[15-16]提出了“梯度预应力”概念，通过分级放张的方式人为增加预应力传递长度，减小传递长度内的应力集中;研制了用于外贴预应力 CFRP 板加固实现梯度预应力的树脂快速固化设备和放张设备，但由于设备较昂贵且使用复杂，该技术并未得到广泛应用.嵌贴 CFRP 的构造及工艺使得在 CFRP-混凝土间二次或多次填充树脂简单方便，运用本课题组研发的碳纤维锚具、温控养护设备和加固流程，并结合已有实桥加固经验，将梯度预应力与表层嵌贴加固技术相结合，有利于发挥两者的各自优势，在实际工程中有一定的可行性和应用前景.因此，本文通过静载试验研究了梯度预应力设置方式对加固梁静力性能的影响，通过疲劳试验研究了梯度预应力和疲劳上限荷载对加固梁疲劳性能的影响.1研究方案1.1梯度锚固预应力构造梯度锚固预应力是指通过分段放张预应力的方式使梁两端 CFRP 预应力在一定长度区段内呈梯度减小.较一般预应力加固不同，梯度锚固将放张端部的预应力（∆σ）拆分为数段，使端部 CFRP 预应力与挠度和弯矩呈相似的变化趋势，减小端部预应力差及对混凝土保护层的拉应力，并设置无预应力黏结段（0 MPa）以提供黏结锚具的作用，提高加固梁的变形协调性和受力性能，如图1所示.梯度锚固预应力的施工工艺分为以下步骤：1）在加固区预制或开设凹槽并清理凹槽;2）嵌入 CFRP板条，张拉预应力并在跨中段填入黏结剂，室温下養护5～7 d;3）该段养护完成后，将预应力放张至设计梯度，填入黏结剂并养护;4）重复步骤3）至完成所有梯度设置.施工过程中，CFRP预应力以张拉端力传感器的力控为主，CFRP 的应变控制为辅，施工过程中未发现明显的预应力损失.试验中施加梯度锚固预应力的装置如图2所示.以梯度锚固预应力梁 PS-LⅢ为例，具体步骤为：1）将开槽后的试验梁放置于台座内;2）嵌入 CFRP板条，使用千斤顶张拉1000 MPa预应力，在跨中2300 mm 长度内填入黏结剂后室温养护;3）1000 MPa 段养护完成，降低预应力至500 MPa，在1000 MPa两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;4）500 MPa段养护完成，降低预应力至0 MPa，在500 MPa 两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;5）养护后，梯度锚固预应力完成.1.2试件设计本文共设计了10片表层嵌贴预应力 CFRP加固梁，其中4片试验梁用于研究不同端部梯度预应力设置对加固梁静力性能的影响;6片试验梁用于研究梯度锚固预应力对加固梁疲劳性能的影响.以梁 PS-L0的静力极限承载力作为疲劳加载依据，设置疲劳加载试件的荷载上限分别为梁 PS-L0极限荷载的50%、60%和70%，疲劳下限为荷载上限的20%.具体试件设计如表1所示，试件编号中 P代表预应力加固，S 为静载梁，F 为疲劳梁，后接数字代表疲劳荷载上限与梁 PS-L0极限荷载的比值;I 表示预应力为500 MPa 的黏结段，Ⅱ表示预应力为0 MPa 的黏结段，Ⅲ表示预应力为500 MPa 与0 MPa 的组合段，U 表示设置 U 型箍，上述端部处置方式的长度均为300 mm，其中Ⅲ为500 MPa 与0 MPa 各150 mm 的组合.U 型箍由3道宽度100 mm 单层外贴 CFRP 布组成.梁全长3500 mm，净跨径3300 mm，截面尺寸160 mm×350 mm;混凝土强度等级为C40，采用一批次浇筑，在标准养护条件下养护28 d;配置216受拉钢筋，纵筋配筋率0.72%，箍筋通长布置8@100;梁底预设两条中心距65 mm、尺寸15 mm×20 mm 的通长凹槽，槽内嵌贴2条预应力 CFRP 板条. CFRP 采用Dextra公司生产的 ASTEC CT124-2型矩形截面板条，截面尺寸2 mm×16 mm.已有研究表明，CFRP 预应力水平宜取其拉伸强度的40%～50%，这样既充分发挥其材料性能又保有足够剩余变形能力以保证加固结构延性，因此本文试验取 CFRP 预应力为1000 MPa （约40%拉伸强度）.黏结剂采用 Sikadur-30CN 环氧树脂，双组份按3∶1（质量比）比例混合，黏结剂拌合填充后在室温下养护.各材料的力学性能如表2所示.1.3试验加载方案及量测内容试验采用四点弯曲加载，如图3所示，纯弯段长度为1000 mm，剪弯段长度为1150 mm.静载试验采用5 kN为级差的加载制度分级加载，每级荷载下测定挠度与应变数值.疲劳试验时先静力加载至疲劳上限荷载，记录数据后卸载至0，再按正弦进行疲劳加载，加载频率为3 Hz;在疲劳循环次数分别达到1、5、10、25及以后每25万次时停机，静载至疲劳上限并记录相应的挠度与应变变化.卸载后继续疲劳加载，图4为一个疲劳加载周期的示意图.测试内容包括：特征荷载、挠度、裂缝发展趋势、混凝土压应变、受拉钢筋和 CFRP 应变.在梁跨中、加载点、梯度段起点及支座处安装百分表测量梁挠度值，在梁跨中截面的受拉钢筋、混凝土表面粘贴电阻应变片以量测应变.其中，CFRP 应变片主要布置于梯度预应力段，纯弯段与弯剪段布置较稀，每根 CFRP 板条沿长度方向约布置14个应变片，加载前将所有应变数据平衡清零，人工测绘裂缝.但另一方面，外贴和表层嵌贴 FRP 加固混凝土梁都容易出现黏结端部混凝土保护层剥离现象，这是因为 FRP 端部位置截面存在刚度突变，荷载作用下会产生较大应力集中.滕锦光等[10-11]提出了适用于 NSM FRP 加固梁保护层剥离破坏的强度模型，并验证了其良好的预测性能;Rezazadeh 等[12]针对端部保护层剥离破坏，假设了预应力 FRP 端部断面形状，并提出用抵抗黏结长度来衡量抵抗剥离破坏的能力.嵌贴 FRP 被施加预应力后端部混凝土保护层剥离破坏现象更易出现[13-14]，并可能导致加固梁过早破坏.预应力由嵌贴 FRP 向混凝土传递时会在其黏结端部出现应力集中，加上荷载在此处引起的黏结应力，嵌贴 FRP 端部截面的混凝土保护层更容易发生剥离.为延缓或避免预应力 CFRP 加固梁发生端部混凝土保护层剥离破坏，Motavalli等[15-16]提出了“梯度预应力”概念，通过分级放张的方式人为增加预应力传递长度，减小传递长度内的应力集中;研制了用于外贴预应力 CFRP 板加固实现梯度预应力的树脂快速固化设备和放张设备，但由于设备较昂贵且使用复杂，该技术并未得到广泛应用.嵌贴 CFRP的构造及工艺使得在 CFRP-混凝土间二次或多次填充树脂简单方便，运用本课题组研发的碳纤维锚具、温控养护设备和加固流程，并结合已有实桥加固经验，将梯度预应力与表层嵌贴加固技术相结合，有利于发挥两者的各自优势，在实际工程中有一定的可行性和应用前景.因此，本文通过静载试验研究了梯度预应力设置方式对加固梁静力性能的影响，通过疲劳试验研究了梯度预应力和疲劳上限荷载对加固梁疲劳性能的影响.1研究方案1.1梯度锚固预应力构造梯度锚固预应力是指通过分段放张预应力的方式使梁两端 CFRP 预应力在一定长度区段内呈梯度减小.较一般预应力加固不同，梯度锚固将放张端部的预应力（∆σ）拆分为数段，使端部 CFRP 预应力与挠度和弯矩呈相似的变化趋势，减小端部预应力差及对混凝土保护层的拉应力，并设置无预应力黏结段（0 MPa）以提供黏结锚具的作用，提高加固梁的变形协调性和受力性能，如图1所示.梯度锚固预应力的施工工艺分为以下步骤：1）在加固区预制或开设凹槽并清理凹槽;2）嵌入 CFRP板条，张拉预应力并在跨中段填入黏结剂，室温下养护5～7 d;3）该段养护完成后，将预应力放张至设计梯度，填入黏结剂并养护;4）重复步骤3）至完成所有梯度设置.施工过程中，CFRP预应力以张拉端力传感器的力控为主，CFRP 的应变控制为辅，施工过程中未发现明显的预应力损失.试验中施加梯度锚固预应力的装置如图2所示.以梯度锚固预应力梁 PS-LⅢ为例，具体步骤为：1）将开槽后的试验梁放置于台座内;2）嵌入 CFRP板条，使用千斤顶张拉1000 MPa预应力，在跨中2300 mm 长度内填入黏结剂后室温养护;3）1000 MPa 段养护完成，降低预应力至500 MPa，在1000 MPa两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;4）500 MPa段养护完成，降低预应力至0 MPa，在500 MPa 两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;5）养护后，梯度锚固预应力完成.1.2试件设计本文共设计了10片表层嵌贴预应力 CFRP加固梁，其中4片试验梁用于研究不同端部梯度预应力设置对加固梁静力性能的影响;6片试验梁用于研究梯度锚固预应力对加固梁疲劳性能的影响.以梁 PS-L0的静力极限承载力作为疲劳加载依据，设置疲劳加载试件的荷载上限分别为梁 PS-L0极限荷载的50%、60%和70%，疲劳下限为荷载上限的20%.具体试件设计如表1所示，试件编号中 P代表预应力加固，S 为静载梁，F 为疲劳梁，后接数字代表疲劳荷载上限与梁 PS-L0极限荷载的比值;I 表示预应力为500 MPa 的黏結段，Ⅱ表示预应力为0 MPa 的黏结段，Ⅲ表示预应力为500 MPa 与0 MPa 的组合段，U 表示设置 U 型箍，上述端部处置方式的长度均为300 mm，其中Ⅲ为500 MPa 与0 MPa 各150 mm 的组合.U 型箍由3道宽度100 mm 单层外贴 CFRP 布组成.梁全长3500 mm，净跨径3300 mm，截面尺寸160 mm×350 mm;混凝土强度等级为C40，采用一批次浇筑，在标准养护条件下养护28 d;配置216受拉钢筋，纵筋配筋率0.72%，箍筋通长布置8@100;梁底预设两条中心距65 mm、尺寸15 mm×20 mm 的通长凹槽，槽内嵌贴2条预应力 CFRP 板条. CFRP 采用Dextra公司生产的 ASTEC CT124-2型矩形截面板条，截面尺寸2 mm×16 mm.已有研究表明，CFRP 预应力水平宜取其拉伸强度的40%～50%，这样既充分发挥其材料性能又保有足够剩余变形能力以保证加固结构延性，因此本文试验取 CFRP 预应力为1000 MPa （约40%拉伸强度）.黏结剂采用 Sikadur-30CN 环氧树脂，双组份按3∶1（质量比）比例混合，黏结剂拌合填充后在室温下养护.各材料的力学性能如表2所示.1.3试验加载方案及量测内容试验采用四点弯曲加载，如图3所示，纯弯段长度为1000 mm，剪弯段长度为1150 mm.静载试验采用5 kN为级差的加载制度分级加载，每级荷载下测定挠度与应变数值.疲劳试验时先静力加载至疲劳上限荷载，记录数据后卸载至0，再按正弦进行疲劳加载，加载频率为3 Hz;在疲劳循环次数分别达到1、5、10、25及以后每25万次时停机，静载至疲劳上限并记录相应的挠度与应变变化.卸载后继续疲劳加载，图4为一个疲劳加载周期的示意图.测试内容包括：特征荷载、挠度、裂缝发展趋势、混凝土压应变、受拉钢筋和 CFRP 应变.在梁跨中、加载点、梯度段起点及支座处安装百分表测量梁挠度值，在梁跨中截面的受拉钢筋、混凝土表面粘贴电阻应变片以量测应变.其中，CFRP 应变片主要布置于梯度预应力段，纯弯段与弯剪段布置较稀，每根 CFRP 板条沿长度方向约布置14个应变片，加载前将所有应变数据平衡清零，人工测绘裂缝.但另一方面，外贴和表层嵌贴 FRP 加固混凝土梁都容易出现黏结端部混凝土保护层剥离现象，这是因为 FRP 端部位置截面存在刚度突变，荷载作用下会产生较大应力集中.滕锦光等[10-11]提出了适用于 NSM FRP 加固梁保护层剥离破坏的强度模型，并验证了其良好的预测性能;Rezazadeh 等[12]针对端部保护层剥离破坏，假设了预应力 FRP 端部断面形状，并提出用抵抗黏结长度来衡量抵抗剥离破坏的能力.嵌贴 FRP 被施加预应力后端部混凝土保护层剥离破坏现象更易出现[13-14]，并可能导致加固梁过早破坏.预应力由嵌贴 FRP 向混凝土传递时会在其黏结端部出现应力集中，加上荷载在此处引起的黏结应力，嵌贴 FRP 端部截面的混凝土保护层更容易发生剥离.为延缓或避免预应力 CFRP 加固梁发生端部混凝土保护层剥离破坏，Motavalli等[15-16]提出了“梯度预应力”概念，通过分级放张的方式人为增加预应力传递长度，减小传递长度内的应力集中;研制了用于外贴预应力 CFRP 板加固实现梯度预应力的树脂快速固化设备和放张设备，但由于设备较昂贵且使用复杂，该技术并未得到广泛应用.嵌贴 CFRP的构造及工艺使得在 CFRP-混凝土间二次或多次填充树脂简单方便，运用本课题组研发的碳纤维锚具、温控养护设备和加固流程，并结合已有实桥加固经验，将梯度预应力与表层嵌贴加固技术相结合，有利于发挥两者的各自优势，在实际工程中有一定的可行性和应用前景.因此，本文通过静载试验研究了梯度預应力设置方式对加固梁静力性能的影响，通过疲劳试验研究了梯度预应力和疲劳上限荷载对加固梁疲劳性能的影响.1研究方案1.1梯度锚固预应力构造梯度锚固预应力是指通过分段放张预应力的方式使梁两端 CFRP 预应力在一定长度区段内呈梯度减小.较一般预应力加固不同，梯度锚固将放张端部的预应力（∆σ）拆分为数段，使端部 CFRP 预应力与挠度和弯矩呈相似的变化趋势，减小端部预应力差及对混凝土保护层的拉应力，并设置无预应力黏结段（0 MPa）以提供黏结锚具的作用，提高加固梁的变形协调性和受力性能，如图1所示.梯度锚固预应力的施工工艺分为以下步骤：1）在加固区预制或开设凹槽并清理凹槽;2）嵌入 CFRP板条，张拉预应力并在跨中段填入黏结剂，室温下养护5～7 d;3）该段养护完成后，将预应力放张至设计梯度，填入黏结剂并养护;4）重复步骤3）至完成所有梯度设置.施工过程中，CFRP预应力以张拉端力传感器的力控为主，CFRP 的应变控制为辅，施工过程中未发现明显的预应力损失.试验中施加梯度锚固预应力的装置如图2所示.以梯度锚固预应力梁 PS-LⅢ为例，具体步骤为：1）将开槽后的试验梁放置于台座内;2）嵌入 CFRP板条，使用千斤顶张拉1000 MPa预应力，在跨中2300 mm 长度内填入黏结剂后室温养护;3）1000 MPa 段养护完成，降低预应力至500 MPa，在1000 MPa两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;4）500 MPa段养护完成，降低预应力至0 MPa，在500 MPa 两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;5）养护后，梯度锚固预应力完成.1.2试件设计本文共设计了10片表层嵌贴预应力 CFRP加固梁，其中4片试验梁用于研究不同端部梯度预应力设置对加固梁静力性能的影响;6片试验梁用于研究梯度锚固预应力对加固梁疲劳性能的影响.以梁 PS-L0的静力极限承载力作为疲劳加载依据，设置疲劳加载试件的荷载上限分别为梁 PS-L0极限荷载的50%、60%和70%，疲劳下限为荷载上限的20%.具体试件设计如表1所示，试件编号中 P代表预应力加固，S 为静载梁，F 为疲劳梁，后接数字代表疲劳荷载上限与梁 PS-L0极限荷载的比值;I 表示预应力为500 MPa 的黏结段，Ⅱ表示预应力为0 MPa 的黏结段，Ⅲ表示预应力为500 MPa 与0 MPa 的组合段，U 表示设置 U 型箍，上述端部处置方式的长度均为300 mm，其中Ⅲ为500 MPa 与0 MPa 各150 mm 的组合.U 型箍由3道宽度100 mm 单层外贴 CFRP 布组成.梁全长3500 mm，净跨径3300 mm，截面尺寸160 mm×350 mm;混凝土强度等级为C40，采用一批次浇筑，在标准养护条件下养护28 d;配置216受拉钢筋，纵筋配筋率0.72%，箍筋通长布置8@100;梁底预设两条中心距65 mm、尺寸15 mm×20 mm 的通长凹槽，槽内嵌贴2条预应力 CFRP 板条. CFRP 采用Dextra公司生产的 ASTEC CT124-2型矩形截面板条，截面尺寸2 mm×16 mm.已有研究表明，CFRP 预应力水平宜取其拉伸强度的40%～50%，这样既充分发挥其材料性能又保有足够剩余变形能力以保证加固结构延性，因此本文试验取 CFRP 预应力为1000 MPa （约40%拉伸强度）.黏结剂采用 Sikadur-30CN 环氧树脂，双组份按3∶1（质量比）比例混合，黏结剂拌合填充后在室温下养护.各材料的力学性能如表2所示.1.3试验加载方案及量测内容试验采用四点弯曲加载，如图3所示，纯弯段长度为1000 mm，剪弯段长度为1150 mm.静载试验采用5 kN为级差的加载制度分级加载，每级荷载下测定挠度与应变数值.疲劳试验时先静力加载至疲劳上限荷载，记录数据后卸载至0，再按正弦进行疲劳加载，加载频率为3 Hz;在疲劳循环次数分别达到1、5、10、25及以后每25万次时停机，静载至疲劳上限并记录相应的挠度与应变变化.卸载后继续疲劳加载，图4为一个疲劳加载周期的示意图.测试内容包括：特征荷载、挠度、裂缝发展趋势、混凝土压应变、受拉钢筋和 CFRP 应变.在梁跨中、加载点、梯度段起点及支座处安装百分表测量梁挠度值，在梁跨中截面的受拉钢筋、混凝土表面粘贴电阻应变片以量测应变.其中，CFRP 应变片主要布置于梯度预应力段，纯弯段与弯剪段布置较稀，每根 CFRP 板条沿长度方向约布置14个应变片，加载前将所有应变数据平衡清零，人工测绘裂缝.但另一方面，外贴和表层嵌贴 FRP 加固混凝土梁都容易出现黏结端部混凝土保护层剥离现象，这是因为 FRP 端部位置截面存在刚度突变，荷载作用下会产生较大应力集中.滕锦光等[10-11]提出了适用于 NSM FRP 加固梁保护层剥离破坏的强度模型，并验证了其良好的预测性能;Rezazadeh 等[12]针对端部保护层剥离破坏，假设了预应力 FRP 端部断面形状，并提出用抵抗黏结长度来衡量抵抗剥离破坏的能力.嵌贴 FRP 被施加预应力后端部混凝土保护层剥离破坏现象更易出现[13-14]，并可能导致加固梁过早破坏.预应力由嵌贴 FRP 向混凝土传递时会在其黏结端部出现应力集中，加上荷载在此处引起的黏结应力，嵌贴 FRP 端部截面的混凝土保护层更容易发生剥离.为延缓或避免预应力 CFRP 加固梁发生端部混凝土保护层剥离破坏，Motavalli等[15-16]提出了“梯度预应力”概念，通过分级放张的方式人为增加预应力传递长度，减小传递长度内的应力集中;研制了用于外贴预应力 CFRP 板加固实现梯度预应力的树脂快速固化设备和放张设备，但由于设备较昂贵且使用复杂，该技术并未得到广泛应用.嵌贴 CFRP的构造及工艺使得在 CFRP-混凝土间二次或多次填充树脂简单方便，运用本课题组研发的碳纤维锚具、温控养护设备和加固流程，并结合已有实桥加固经验，将梯度预应力与表层嵌贴加固技术相结合，有利于发挥两者的各自优势，在实际工程中有一定的可行性和应用前景.因此，本文通过静载试验研究了梯度预应力设置方式对加固梁静力性能的影响，通过疲劳试验研究了梯度预应力和疲劳上限荷载对加固梁疲劳性能的影响.1研究方案1.1梯度锚固预应力构造梯度锚固预应力是指通过分段放张预应力的方式使梁两端 CFRP 预应力在一定长度区段内呈梯度减小.较一般预应力加固不同，梯度锚固将放张端部的预应力（∆σ）拆分为数段，使端部 CFRP 预应力与挠度和弯矩呈相似的变化趋势，减小端部预应力差及对混凝土保护层的拉应。

分类号U448 单位代码10618密级学号106260145 硕士学位论文论文题目：CFRP预浸带加固混凝土梁抗弯性能及破坏机理研究Study on Flexural Behavior and Failure Mechanismof the RC Beams Strengthened with Presoaked CFRP研究生姓名：刘秋松导师姓名、职称：姚国文教授申请学位门类：工学专业名称：桥梁与隧道工程论文答辩日期：2009 年3 月29 日学位授予单位：重庆交通大学答辩委员会主席：郑罡研究员评阅人：郑罡研究员吴海军副教授2009年3月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：日期：年月日重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。

学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日……………………………………………………………………………………………本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。

CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能分析CHEN Hua;CHEN Yao-jia;XIE Bin;WANG Peng-kai;DENG Lang-ni【摘要】为研究CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能及其影响因素,对12套CFRP 筋粘结式楔型锚具进行静载试验,以锚具内倾角和锚固长度为变化参数,获取锚具试件荷载—滑移全过程曲线,推出锚具内部CFRP筋与环氧树脂砂浆界面粘结—滑移本构模型.研究表明:增大锚具内倾角和锚固长度可提高锚具极限荷载,平均粘结强度随锚具内倾角的增大呈增大趋势,临界锚固长度随试件锚具内倾角的增大呈减小趋势,采用回归公式计算的平均粘结强度值与试验实测值比较接近;锚固长度是影响界面粘结剪切刚度的主要因素;锚固长度和锚具内倾角可一定程度提高界面抗滑移能力,损伤发展后期,锚固长度越大,损伤速率越慢;推导出的锚具内CFRP筋与环氧树脂砂浆的粘结—滑移本构关系模型适用性较好.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(044)003【总页数】10页(P798-807)【关键词】CFRP筋粘结式楔型锚具;静载试验;粘结锚固性能;界面粘结损伤【作者】CHEN Hua;CHEN Yao-jia;XIE Bin;WANG Peng-kai;DENG Lang-ni 【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】TU757.20 引言近年来，CFRP(carbon fiber-reinforced plastics)增强复合材料在土木工程中广泛应用并得到较大的发展，具有强度高、松弛率低、耐疲劳性好、热膨胀系数小、耐腐蚀性好、重量轻等优点[1]。

在结构加固领域中，从传力机理来看，CFRP筋锚具大体上可以分为夹具式锚具、粘结式锚具和复合式锚具。

其中，粘结式锚具抵抗外部荷载的作用力主要由化学胶着力、摩擦力以及机械咬合力来提供。

与夹具式锚具和复合式锚具相比，粘结式锚具能避免筋材被咬伤，可以较好的解决CFRP筋抗剪强度低的问题，更适用于CFRP筋的锚固[2]。

预应力CFRP板端部锚固体系的技术研究发布时间：2021-06-08T16:05:44.317Z 来源：《基层建设》2021年第5期作者：杨甜[导读] 摘要：预应力CFRP板加固法在钢筋混凝土结构加固修复工程中应用日益广泛。

广州市设计院广东广州 510010摘要：预应力CFRP板加固法在钢筋混凝土结构加固修复工程中应用日益广泛。

为防止CFRP板早期剥离破坏，选择可靠的端部锚固体系，是预应力CFRP板加固技术的首要工作。

本文介绍了近年来国内外预应力CFRP板加固法中几种典型的端部锚固体系及其相关技术研究。

关键词：预应力；CFRP；加固；端部锚固 0 引言采用外部粘结的CFRP板加固钢筋混凝土结构是结构补强修复的一种新技术。

20世纪80年代，FRP材料加固混凝土结构的技术在20世纪80年代最早产生于瑞士联邦实验室，Meier等人对FRP板代替钢板加固混凝土结构的技术进行了系统的研究，并在1991年用CFRP板成功加固了瑞士Ibach桥[1]。

随后，日本、美国、加拿大等国家也开始使用外部粘贴碳纤维片材对损伤的土木建筑结构进行加固。

1997年，我国也开始正式对碳纤维增强材料加固进行研究[2]。

过往大量的研究和实践表明，对于使用预应力CFRP板加固混凝土结构，仅用结构胶来粘结CFRP板是不够的。

为防止CFRP板早期剥离破坏，还需要可靠的锚固措施对CFRP板进行锚固。

本文就近几年国内外预应力CFRP板加固的几种典型锚固体系进行综述，重点介绍其技术特点和研究现状。

1 端部锚固体系综合国内外各种预应力CFRP板加固钢筋混凝土构件的端部锚固方法，将预应力CFRP端部锚固体系分为以下八类，其他的碳纤维板锚固方法都基本上与以下几种原理相似，本文不再一一介绍。

1.1 U形箍 U形箍锚固体系是在加固构件纵向一定长度内，沿两侧梁腹表面和梁底面连续加贴一层碳纤维布，将已粘贴好的梁底纵向CFRP板压住，达到锚固的目的[3]。

这种方法简单易用、施工方便。

CFRP筋及拉索粘结型锚具粘结-滑移的数值模拟研究摘要：针对碳纤纤增强塑料CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastics）作为预应力筋或拉索的锚固问题，本文以活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)作为粘结介质的粘结型锚具为对象，根据提出的简化模型，采用有限元分析软件ANSYS中非线性弹簧单元对CFRP与RPC粘结-滑移相互作用进行的数值模拟，计算得的荷载-滑移曲线与试验曲线吻合较好，对CFRP筋或拉索应力沿锚具的分布情况进行了初步探讨，有助于更好的了解CFRP筋与RPC之间的粘结-滑移相互作用关系。

关键词：碳纤维增强塑料，活性粉末混凝土，锚固；粘结；数值模拟Abstract: aiming at the CFRP reinforced plastic fine fine carbon as prestressed anchor cable or pull problems, the paper with the RPC RPC as bond anchorage the adhesive of the medium type as the object, the simplified model according to the proposed, using the finite element analysis software ANSYS nonlinear spring unit in CFRP and RPC bond-sliding interaction of numerical simulation, the calculated load curve and the test curve-slip is consistent, the CFRP reinforced or lasso along the stress distribution of the anchorage paper, help better understand CFRP reinforcement and the bond-slip between RPC interactions.Keywords: carbon fiber reinforced plastics, the RPC, anchor; Bond; Numerical simulationCFRP具有高强、轻质以及良好抗腐蚀性，而其作为预应务及拉索的实际应用中最大的困难是其锚固问题，国内外对CFRP 筋的粘结式锚固系统已进行了相当的研究,粘结介质主要有环氧砂、环氧树脂、水泥浆或膨胀水泥浆等[1 ] ,但这些粘结介质存在强度较低、或徐变过大、或热稳性能较差等不足。

CFRP筋粘结式锚固系统静载试验发表时间：2019-06-24T15:23:13.827Z 来源：《新材料.新装饰》2018年10月上作者：谢桂华李青莎孙悦唐永生冯倩红卞玉龙[导读] 为改善CFRP筋粘结式锚具的锚固性能，通过静载试验研究了锚具形式、内壁倾角、内锥长度、筋材表面处理方式等对锚固性能的影响。

结果表明：在一定程度上，内锥角的增大有利于提升粘结式锚固系统的锚固效果（江苏大学土木工程与力学学院，镇江 212013）摘要：为改善CFRP筋粘结式锚具的锚固性能，通过静载试验研究了锚具形式、内壁倾角、内锥长度、筋材表面处理方式等对锚固性能的影响。

结果表明：在一定程度上，内锥角的增大有利于提升粘结式锚固系统的锚固效果；界面处理方式对系统的锚固性能有较大影响，其中第Ⅰ种处理方式锚固性能最差，第Ⅲ种次之，第Ⅱ种锚固性能最好。

根据试验结果选择内锥+直筒式，锚固长度为200mm，内锥倾角为4°，粘结厚度为6mm，粘结介质为环氧砂浆的粘结式锚具，并用酒精擦拭筋材表面，此时锚固性能较好，为粘结式锚具的设计提供了参考。

关键词：CFRP筋；粘结式锚具；锚固性能；静力试验Study on Static Test of adhesive anchorage system for CFRP tendon Xie Gui-hua,Sun Yue,Tang Yong-sheng,Feng Qian-hong,Bian Yu-long （Faculty of Civil Engineering and Mechanics,Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China）Abstract：In order to improve the performance of CFRP tendons bonding type anchorage,the influence of different shapes of anchor,inner angle of barrel,inner cone length and surface treatment of tendons was studied by static load tests.The experimental results show that,to a certain extent,the increase of the inner angle is beneficial to the improvement of the anchoring force of the anchorage system.The interface treatment method significantly affects the anchorage performance of the system,in which the first kind of treatment method has the poorest anchorage performance,the third type is the second,the second type of anchorage performance is best.According to the test results,the inner cone + straight barrel type is selected,with which the anchoring length is 200mm,the inner cone inclination angle is 4°,the adhesive thickness is 6mm and the adhesive medium is a epoxy mortar.Meanwhile,the surface of the reinforcing material is wiped with alcohol.The anchoring performance is better at this time,it provides a reference for the design of bond-type anchorage. Keywords：CFRP tendon; bond-type anchorage; anchorage performance; static test引言碳纤维增强复合材料（CFRP）具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数低及减震性能好等优异性能，因此在土木工程中得到了广泛的应用［1-4］。

CFRP筋预应力锚具受力性能试验叶勇;郭子雄【摘要】设计一套圆弧槽夹板式锚具,通过拉拔试验研究锚具的夹持性能,并研究包括施加于夹板紧固件螺栓上的总扭矩值和扭矩沿夹具纵向分布等主要参数对锚具性能的影响.结果表明,总扭矩值和扭矩分布均对锚具的性能有明显影响.当施加在夹板紧固件螺栓的总扭矩值小于200 N·m,试件最终将发生滑移破坏;当总扭矩值超过200 N·m,试件最终发生碳纤维增强复合材料(CFRP)筋断裂破坏,且极限荷载随总扭矩值的增加而降低.扭矩沿加载端向自由端递增分布,将使锚具获得更好的性能.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(032)002【总页数】5页(P198-202)【关键词】碳纤维增强复合材料;预应力;锚具;机械夹持;拉拔试验【作者】叶勇;郭子雄【作者单位】华侨大学,土木工程学院,福建,泉州,362021;华侨大学,土木工程学院,福建,泉州,362021【正文语种】中文【中图分类】TU378.8纤维增强复合材料(FRP)具有强度高、重量轻、耐腐蚀和抗疲劳性能好等优点[1],可靠的锚固措施是保证FRP材料能充分发挥高强性能的前提.目前,FRP筋锚具依其锚固受力原理,可分为机械夹持型和化学粘结型两大类[2].CFRP筋是一种典型的各向异性材料,其横向抗压强度和抗剪强度低,且不具备弯折能力,其预应力锚具将不同于传统的钢筋预应力锚具方式[3-5].Nanni等[6]研究表明,配置预应力CFRP筋的结构,其最终承载能力将更多地取决于锚具系统的锚固性能而不是预应力筋本身的强度.同时,文献[6]提出一种能够充分发挥CFRP筋高强抗拉性能的预应力锚具.本文设计了一套弧线槽口机械夹持式CFRP筋预应力锚具,通过改变夹板对CFRP筋的横向压力大小和分布,以检验适用于预应力CFRP筋的锚固性能及施工工艺特点. 1.1 锚具特征设计的CFRP筋预应力锚具的具体构造和几何尺寸,如图1所示.每套CFRP筋预应力锚具由2块钢制夹板和6个高强螺栓型紧固件组成,夹板材料采用45号钢.在每块夹板表面中央沿着长度方向开一圆弧形槽口,CFRP筋置于两块夹板的槽口之中,夹板通过6个螺栓型紧固件夹紧,并对筋材施加横向压力.为了增加夹板与CFRP 筋的界面摩擦力和机械咬合力,在夹板槽口表面刻痕并作热处理.1.2 试验装置试验采用FRP筋专用拉拔加载装置,如图2所示.试验中,通过压力传感器控制加载,用百分表测量CFRP筋与锚具的相对滑移.在CFRP筋表面粘贴电阻应变片,绘制筋材的应力-应变关系曲线.加载过程中,荷载、CFRP筋与锚具的相对滑移,以及 CFRP筋的应变均由DH3816型静态应变测试系统连续采集,采集时间间隔为3 s.当CFRP筋与锚具的相对滑移量超过0.5 mm时,认为锚具失效,停止试验.1.3 试验方案试验使用的CFRP筋均为直径7 mm的单螺旋变形筋,抗拉强度为2.0 GPa,抗拉弹性模量为150 GPa.在紧固件螺栓上施加的扭矩与其螺杆产生的拉力之间存在一定比例关系.为了更直观地控制夹板对CFRP筋的横向压力及方便该锚具的实际应用,试验使用扭矩扳手上紧紧固件螺栓,并通过施加不同的扭矩组合来研究该锚具的锚固性能.已有的研究表明,夹板夹持力沿纵向均匀分布时,CFRP筋与锚具的粘结应力在锚固区内并非均匀分布;在近加载端存在应力集中,削弱了夹持能力,也容易造成CFRP筋在荷载不大时提前断裂.试验定义靠近加载端的一排紧固件为第1排紧固件,往自由端的紧固件分别为第2排紧固件和第3排紧固件.在第1,2,3排紧固件螺栓上施加的扭矩(Ti)依次增加,以防止近加载端CFRP筋的应力集中.试验参数包括:(1)施加于紧固件螺栓上的总扭矩值;(2)施加于紧固件螺栓的扭矩分布.18个锚具试件的基本情况,如表1所示.2.1 主要试验结果及破坏特征各试件的试验结果,如表2所示.表2中:ξ为试件极限荷载与CFRP筋名义极限拉力的比值;Pl为极限荷载.锚具试件的最终破坏形态主要有3种破坏模式,如图3所示.(1)拔出破坏.如试件CA 1～CA 10和CA 12,当加载到CFRP筋名义极限拉力前,试件开始出现滑移现象;继续加载时,滑移量不断增加,荷载基本保持不变;当滑移量达到0.5 mm时,停止加载.破坏形态如图3(a)所示.(2)滑移后拉断.如试件CA 11,CA 13和CA 16,加载到接近CFRP筋名义极限拉力时,试件开始出现滑移现象;继续加载时,滑移发展缓慢,筋材陆续发出劈裂响声,最后在靠近锚固端头部筋材被拉断.破坏形态如图3(b),(c)所示.(3)拉断破坏.如试件CA 14,CA 15,CA 17和CA 18,加载过程中试件未出现明显滑移,接近极限荷载时,筋材陆续发出劈裂响声,最终CFRP筋在锚固端被拉断.破坏形态如图3(b),(c)所示.2.2 紧固螺栓扭矩分布对锚具性能的影响不同于化学粘结型锚具,机械夹持型锚具筋材与夹板之间的粘结作用,由CFRP筋与夹板槽内刻痕表面间的机械咬合力和摩擦力两部分组成.由于CFRP筋与夹板开槽表面的摩擦系数为恒定值,当试件发生滑移时,夹板对CFRP筋所施加的横向压力相同则产生相同的摩擦力.因此,紧固件螺栓的不同扭矩分布,即夹板对CFRP筋的横向压力分布不同,产生的锚具锚固性能差异主要源自于夹板与CFRP筋之间的机械咬合力.夹板在夹持CFRP筋的同时,筋材在压力的作用下产生了一定的横向变形,在筋材与夹板开槽刻痕表面形成机械咬合力,不同的压力分布使得机械咬合力的大小和分布不同.紧固件螺栓施加相同总扭矩值而扭矩分布不同时,其荷载(P)与滑移(Δ)的关系,如图4所示.从图4(a)可以看出,紧固件螺栓的施加总扭矩值为120 N·m,试件CA 3,CA 7的极限荷载仅相差2.5%.由此可见,当总扭矩值较小时,扭矩的分布对于锚具的锚固性能影响不明显.从图4(b)～(d)可以看出,当紧固件螺栓的施加总扭矩值分别为140,160,180 N·m 时,试件CA 4和CA 8,CA 5和CA 9,CA 10和CA 12的极限荷载分别相差19.6%,17.2%和11.8%.由此可见,当总扭矩值在140～180 N·m时,扭矩的分布对锚具的锚固性能影响显著,表现为相同总扭矩值条件下,第2排和第3排紧固件螺栓的扭矩值相差较大的试件具有较好的锚具性能.从图4(e)可以看出,当紧固件螺栓的施加总扭矩值为200 N·m时,试件CA 11,CA 13在滑移后发生CFRP筋拉断破坏,两者的极限荷载相差8.1%;试件CA 13第1排紧固件螺栓的扭矩较大,导致了CFRP筋在锚固端应力集中明显,削弱了CFRP筋的极限拉力.从图4(f)可以看出,当紧固件螺栓的施加总扭矩值为240 N·m时,试件CA 15,CA 17均发生CFRP筋无滑移断裂破坏,极限荷载相差25.9%.究其原因是,试件CA 17第1排紧固件螺栓的扭矩过大,严重削弱了CFRP筋的极限拉力.2.3 紧固件螺栓总扭矩值对锚具性能的影响夹板紧固件螺栓不同总扭矩值与试件平均极限荷载的关系,如图5所示.结合图4,5可以看出,曲线随总扭矩值的增加呈现先上升后下降的趋势.当总扭矩值为80～180 N·m时,试件均发生滑移破坏,极限荷载从27 kN逐渐增加到71 kN;当总扭矩值为200～260 N·m时,试件发生所述3种破坏模式,极限荷载在总扭矩值为200 N·m 时达到最大值77 kN;当总扭矩值为300 N·m时,试件发生CFRP筋无滑移断裂破坏,极限荷载55 kN仅为CFRP筋名义极限拉力76.93 kN的71.5%,说明夹板对筋材施加了过大的压力(尤其在靠近加载端),削弱了CFRP筋的极限拉力.试验得到当第1排至第3排紧固件螺栓扭矩值分别为20,80,100 N·m,以及40,60,100 N·m时,锚具系统可以发挥良好的锚固性能;对应的极限荷载分别为CFRP筋名义极限拉力的96.2%和104.0%,且滑移量较小.通过对弧线槽口机械夹持式CFRP筋预应力锚具的拉拔试验,可以得到以下4点结论.(1)通过合理控制施加在夹板紧固件螺栓上的扭矩,弧线槽口机械夹持式CFRP筋预应力锚具可以获得较好的锚固性能.与其他类型锚具相比,所设计的锚具加工简易、操作方便、施工周期短,而且在锚固性能方面具有性能稳定、滑移量小的优点. (2)施加在夹板紧固件螺栓上的总扭矩值对锚具的性能有明显影响.当总扭矩值小于200 N·m时,试件发生滑移破坏;随着总扭矩值的增加,试件的极限荷载逐渐增加;当总扭矩值超过200 N·m时,由于锚具挤压对CFRP筋的削弱,CFRP筋的拉断极限荷载随着总扭矩值的增加而降低.(3)施加在夹板紧固螺栓上的扭矩分布对锚具的夹持性能有一定程度影响.第1排紧固件螺栓施加扭矩过大将严重削弱CFRP筋的极限拉力.相同总扭矩值条件下,第2排和第3排紧固件螺栓的扭矩值相差较大,可取得较好的锚固效果.(4)该锚具用于锚固7 mm直径CFRP筋的紧固螺栓最优扭矩分布分别为40,60,100 N·m,对应的极限荷载为CFRP筋名义极限拉力的104.0%.【相关文献】[1]王全凤,杨勇新,岳清瑞.FRP复合材料及其在土木工程中的应用研究[J].华侨大学学报:自然科学版,2005,26 (1):1-6.[2]詹界东,杜修力,邓宗才.预应力FRP筋锚具的研究与发展[J].工业建筑,2006,36(12):65-68.[3]方志,梁栋,蒋田勇.不同粘结介质中CFRP筋锚固性能的试验研究[J].土木工程学报,2006,39(6):47-51.[4]涂永明,吕志涛,张继文,等.四种预应力FRP筋材锚固体系的试验研究[J].工业建筑,2008,38(10):38-41,111.[5]丁汉山,林伟伟,张义贵,等.CFRP预应力筋夹片式锚具的试验研究[J].特种结构,2009,26(2):83-87.[6]NANN IA,BA KISC E,D IXON T O.Performance of FRP tendon-anchor system s for prestressed concrete structures[J].PCI Journal,1996,41(1):34-43.。

FRP筋粘结式锚具的长期粘结锚固性能研究FRP筋粘结式锚具的长期粘结锚固性能研究一.立项的意义和背景：1、项目的研究意义随着现代桥梁技术的发展，预应力混凝土结构和缆索支撑结构体系在大跨桥梁中得到了广泛应用，其中的预应力筋和拉索一般均采用高强钢丝或钢绞线。

然而，钢制预应力筋或拉索的抗疲劳和耐腐蚀性能较差，致使其在实际应用中可能由于筋材的腐蚀而导致结构失效，造成巨大的经济损失。

美国1992年报道，因撒除冰盐引起钢筋腐蚀而限载通车的公路桥(其中大多数为预应力混凝土桥)就占1／4，其中已不能通车的占1％，仅这些桥的维修费就高达900亿美元[1]。

英国建造在海洋环境中的预应力混凝土结构，因腐蚀需要重建或更换预应力筋的占三分之一以上[2]。

印度孟买Thane河上的第一座桥是预应力混凝土桥，由于预应力筋过早地发生腐蚀，现在不得不重建[3]。

北京西直门立交桥使用才19年，因其混凝土剥蚀和钢筋锈蚀，不得不于1999年重建[4]。

可见，预应力混凝土结构的严重腐蚀，给桥梁的安全性和耐久性带来了严重危害。

高级复合材料－纤维增强复合材料FRP (Fiber Reinforced Polymer/Plastic)以其强度高(有的高于3000 MPa，约为高强预应力钢筋的2倍) 、重量轻(约为钢材的1/5)、免锈蚀和抗疲劳性能好等优异性能极有希望成为处于恶劣自然环境下桥梁结构中传统钢材的潜在替代品[5]。

根据FRP中所用纤维的不同，目前常用的FRP材料可分为碳纤维CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)、玻璃纤维GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer/Plastic)和芳纶纤维AFRP (Aramid Fiber Reinforced Polymer/Plastic)等种类。

但是FRP筋是一种横观各向同性材料，其抗剪强度与抗拉强度之比较小，因此用于锚固钢制预应力筋的夹片式锚具不再适合锚固FRP筋，否则将会由于FRP筋抗剪强度过低导致过早失效。

CFRP预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究共3篇CFRP预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究1CFRP预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究CFRP预应力筋超高性能混凝土梁是近年来广泛关注的一种新型建筑结构材料。

该材料以超高强度混凝土为主体，通过预应力筋的应用，增强了材料的承载能力、抗震性能和耐久性。

本文分析CFRP预应力筋超高性能混凝土梁的受力性能。

一、材料特性CFRP预应力筋超高性能混凝土梁的主要材料为混凝土和CFRP预应力筋。

混凝土的强度等级多为C60及以上，少量钢纤维加入有助于提高混凝土的韧性和抗裂能力。

CFRP预应力筋具有顶级的拉伸强度和模量，其线膨胀系数与混凝土相近，且不易生锈腐蚀。

此外，CFRP预应力筋还具有轻重比低、易加工、易运输等优点。

二、受力形态CFRP预应力筋超高性能混凝土梁的受力形态主要为弯曲和剪力。

弯曲变形一般表现为中性轴以下的拉应变和上部的压应变；而剪切应变一般表现为在板混凝土两侧各自呈现出剪应力，且大小相等，方向相反。

预应力筋的作用是抵消混凝土受拉应力，并有效防止梁在弯曲和剪力作用下的破坏。

三、影响因素CFRP预应力筋超高性能混凝土梁的受力性能主要受以下因素影响：1、预应力筋的应力水平：预应力筋的应力水平直接影响到混凝土的应力状态。

当预应力筋的应力水平较小时，混凝土的受力性能会比较稳定，但在极限荷载下容易发生可塑性弯曲，导致梁部分开裂。

当预应力筋的应力水平较高时，混凝土可能会产生裂缝，但在极限荷载下梁体整体的受力性能会更好。

2、CFRP预应力筋的位置：CFRP预应力筋的位置决定着预应力的传递路径和混凝土的受力状况。

把预应力筋放置在混凝土板的下部，在弯曲载荷下有助于防止板下部的拉伸破坏；而把预应力筋放置在混凝土板的上部，则可以抑制裂缝的发展并提高梁的整体受力性能。

3、混凝土强度等级：混凝土的强度等级与梁的受力性能密切相关。

如果混凝土的强度等级过低，则梁容易在极限荷载下发生裂缝或塑性破坏；如果混凝土的强度等级过高，则梁的初始刚度会较高，但在弯曲载荷下抵抗力却会降低。