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预应力 FRP片材加固

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第八讲 预应力纤维复合材(FRP)加固法

第八讲 预应力纤维复合材(FRP)加固法
普通粘贴碳纤维用于受弯构件加固的技术瓶颈
1. 正常使用条件下碳纤维材料的利用率极低，一 般不超过材料设计强度的10%。
2. 不能有效改善加固结构的使用性能，如减小裂 缝宽度、提高结构刚度、降低结构挠度等。
3. 正截面加固时片材端部容易产生界面高剪应力， 导致端部剥离；裂缝两侧界面容易产生高剪应 力导致剥离；简支构件斜裂缝的发展容易诱发 片材剥离；
施加预应力的方法：波形锚法
波形锚法的优点 装置简单，易于张拉，可多层叠放一次 压紧。
缺点 预应力值不易控制；对较大跨度，需要 较多的中间波形板，或许使造价提高； 收紧时纤维存在破损的风险。
注：有工程应用实例
纤维板施加预应力
CFRP预成型板简称CFRP板是将 CFRP丝和树脂胶体拉挤成型的板材， 在CFRP布相同宽度的前提下其有效 横截面积是布材的7~11倍，这样只要 张拉一条CFRP板就相当于张拉7~11 层的CFRP布材，可以看出CFRP板材 在预应力应用中具有与生俱来的优势， 这是布材所不能比拟的。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
纤维布施加预应力的方法：反拱法
反拱法产生的预应力度很低，能有效说明对 FRP材料施加预应力带来的明显优势，但该方 法在实际工程中难以采用。
纤维布施加预应力的方法：反拱法
• 国内外较早采用反拱法对GFRP材料建立预应 力。Saadatmanesh和Ehsani[5]（美国Arizona 大学，1991）在实验室内用千斤顶在跨中将混 凝土梁顶起产生反拱，保持荷载使梁维持弯曲 状态，然后在梁底凹面粘贴GFRP板，待胶层 固化获得强度后卸除千斤顶，混凝土梁回弹使 GFRP板受拉，从而建立起预应力。该试验混 凝土梁尺寸为4570mm×200mm×460mm， 四点弯曲试验的开裂荷载提高了100%，承载 力提高400%。

预应力FRP加固RC梁界面疲劳裂纹扩展行为研究_谢建和

预应力FRP加固RC梁界面疲劳裂纹扩展行为研究_谢建和

第28卷第7期V ol.28 No.7 工程力学2011年7 月July2011 ENGINEERING MECHANICS 180 文章编号：1000-4750(2011)07-0180-06预应力FRP加固RC梁界面疲劳裂纹扩展行为研究谢建和1，*黄培彦2，郭永昌1，刘锋1(1. 广东工业大学土木与交通工程学院，广东，广州 510006；2. 华南理工大学土木与交通学院，广东，广州 510640)摘要：以预应力纤维增强复合材料(FRP)片材加固钢筋混凝土(RC)梁为研究对象，探讨了该类加固梁中FRP与混凝土之间界面疲劳裂纹的扩展规律。

基于界面裂纹尖端的力学分析模型，理论推导了三点弯曲加固梁的界面裂纹应力强度因子(SIF)的计算公式，分析了FRP预应力水平对SIF的影响，并结合加固梁的界面裂纹扩展实验，提出了该类加固梁界面疲劳裂纹扩展速率的半经验公式。

研究结果表明：加固梁的界面疲劳裂纹扩展可分为裂纹快速扩展、稳定扩展及失稳扩展3个阶段；在加固梁失稳破坏之前，界面疲劳裂纹的扩展速率可以Paris公式的形式表示；SIF在加固梁跨中界面起裂时具有最大值，随着界面裂纹长度的增大而减小；在受拉钢筋弹性变形的范围内，与无预应力FRP加固梁相比，预应力FRP加固梁界面裂纹的SIF明显偏大。

关键词：纤维增强复合材料(FRP)；界面裂纹；应力强度因子(SIF)；疲劳裂纹扩展；预应力；钢筋混凝土梁中图分类号：O346.1+1; TU375.1 文献标志码：ASTUDY ON PROPAGATION BEHA VIOR OF FATIGUE INTERFACECRACK IN RC BEAM STRENGTHENED WITH PRESTRESSED FRPXIE Jian-he1 , *HUANG Pei-yan2 , GUO Yong-chang1 , LIU Feng1(1. Faculty of Civil and Transportation Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510006, China;2. School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510640, China)Abstract:The propagation behavior of interface fatigue crack in reinforced concrete (RC) beam strengthened with prestressed fiber reinforced polymer (FRP) was studied. The mechanical analysis model was established for the interface crack tip in the strengthened beam under three-point bending. The theoretical derivation of stress intensity factor (SIF) for the interface crack was presented base on the mechanical model, and the effect of the prestress level on SIF was discussed. Combined with the experiments on interface fatigue crack propagation rate, a semi-empirical formula was developed for the propagation rate of interface crack in such strengthened beams. Results showed that the propagation of the interfacial fatigue crack has three stages: rapid propagation, steady propagation and instability propagation. The interface crack propagation rate was described in the form of Paris formula before the instability propagation. SIF of the initial crack at mid-span interface reached the maximum and then decreased with the interface crack length. In elastic range of the reinforcing steel bar, the strengthened beam with prestress had large SIF compared with the strengthened beam without prestress.Key words: fiber reinforced polymer (FRP); interface crack; stress intensity factor (SIF); fatigue crack propagation; prestress; reinforced concrete (RC) beam———————————————收稿日期：2010-01-12；修改日期：2010-07-19基金项目：国家自然科学基金项目(10672060，10802023)；广东省博士启动基金项目(10451009001004769)；广东省教育厅育苗工程项目(LYM10069) 作者简介：谢建和(1980―)，男，广东人，讲师，博士，从事桥梁力学和桥梁加固技术研究(E-mail: jhxie@)；*黄培彦(1952―)，男，广东人，教授，博士，从事疲劳与断裂力学、桥梁加固技术研究(E-mail: pyhuang@)；郭永昌(1974―)，男，山西人，副教授，博士，从事FRP加固技术研究(E-mail: guoyc@)；工 程 力 学 181土木工程中承受重复荷载作用的桥梁和吊车梁等结构，往往会发生疲劳破坏。

预应力CFRP布加固混凝土梁桥的力学效果分析

预应力CFRP布加固混凝土梁桥的力学效果分析

预应力CFRP布加固混凝土梁桥的力学效果分析本文对预应力CFRP布的物理及力学性质给予了必要的介绍和分析，并提取辽宁省滨海公路一梁桥加固例子，分析了在静载情况下梁体在加固前后的挠度变化情况，说明在同等情况下采取预应力CFRP加固效果更佳。

标签：CFRP片材静载滨海公路0 引言随着辽宁公路建设的全面展开和继续进行，后期的养护也出现一系列的工作要做。

比如二次维修、改良、检测和加固等等。

在公路梁桥的加固方法中，近些年来出现很多新兴的加固手段和方法，比如：体外预应力筋加固，粘贴CFRP布等。

尤其后一种方法，在最近几年中随着加固工艺的日趋成熟和完善，以及相应规范标准的出台，成为一种投资低，工期短，见效快的加固手段。

但是由于操作工艺的限制，这种加固方法更多是在未对纤维布进行初始张拉的情况进行着，虽然加固效果可以，但是远不及预应力CFRP片材的加固效果好，所以笔者认为应根据纤维布的特征性质，对CFRP布进行预应力处理，这样加固效果会更加得到大步提升。

1 CFRP片材的物理及其力学性质CFRP布片材：由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500oC)碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上。

CFRP布是一种具有很高强度和刚度的各向异性的柔性材料，它的抗拉强度为钢材的10几倍，达到3500-4500Mpa弹性模量接近甚至超过钢筋的弹性模量（钢筋为200Gpa，CFRP为230～640Gpa）伸长率可达0.9％～1.5％，以碳纤维T300/环氧5208的强度为例，强度是铝材的6.3倍，刚度是铝材的4.16倍。

因此在采用CFRP加固桥梁过程中可以充分发挥其高强度高模量的性质。

并且由于CFRP具有高的拉伸模量，使得在使用CFRP加固过程中，对CFRP片材施加预应力成为可能，为桥梁预应力加固拓宽了材料范围。

2 加固实例取滨海公路一个3*13m预应力混凝土空心板梁桥，其混凝土标号为C40，其混凝土和钢筋的参数如下：混凝土：Ec＝41000Mpa，fcm＝19Mpa，ft＝1.65Mpa。

基于快速安装的预应力FRP加固装置施工工法

基于快速安装的预应力FRP加固装置施工工法

基于快速安装的预应力FRP加固装置施工工法基于快速安装的预应力FRP加固装置施工工法一、前言预应力FRP加固装置是一种用预应力碳纤维复合材料（FRP）对混凝土结构进行增强和加固的方法。

其施工工法基于快速安装，具有高效、节省时间和成本等优点。

本文将对该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例进行详细探讨。

二、工法特点基于快速安装的预应力FRP加固装置施工工法具有以下特点：1. 施工速度快：采用预制的FRP加固件，减少实地加固工作量，施工效率高。

2. 成本较低：相对于传统的加固方法，预应力FRP加固装置施工工法节省了人力、材料和时间，降低了成本。

3. 施工过程无需停电：预应力FRP加固装置施工工法无需对工程进行停电处理，不会影响使用和运行。

4. 质量可控：预制的FRP加固件具有一致的质量和性能，确保加固效果的稳定和可靠性。

5. 环境友好：预应力FRP加固装置施工工法不产生污染物，对环境影响小。

三、适应范围基于快速安装的预应力FRP加固装置施工工法适用于各种混凝土结构的加固，包括梁、柱、墙和板等。

不同类型的结构可以根据设计要求选择不同规格和数量的加固件。

四、工艺原理基于快速安装的预应力FRP加固装置施工工法的工艺原理是通过预应力FRP加固件对混凝土结构进行加固。

预应力FRP 加固件是由预应力碳纤维带和固化剂组成，它们首先被预制成相应的形状和尺寸，然后通过螺栓等连接件将其牢固地固定在混凝土结构上。

施工工法与实际工程之间的联系通过以下技术措施实现：1. 结构评估和设计：在施工前进行结构评估，确定需要加固的位置和方式。

根据结构评估结果进行设计，确定加固件的规格和数量。

2. 加固件预制：预应力FRP加固件在工厂中预制成相应的形状和尺寸，确保质量和性能的一致性。

3. 施工准备：根据设计要求和加固件的特点，进行施工准备工作，包括清理和打磨混凝土表面、布置预应力带等。

预应力FRP网格抗弯加固混凝土结构的性能研究

预应力FRP网格抗弯加固混凝土结构的性能研究

预应力FRP网格抗弯加固混凝土结构的性能研究随着我国土木工程行业的不断发展,新建结构的建设将逐渐趋于饱和,既有结构的加固的需求量逐渐增大,结构加固领域会成为建筑业的重要组成部分。

由于FRP加固结构耐久性好,承载力提高优势明显,因此FRP材料在土木工程中的应用越来越广泛。

FRP网格拥有双向纤维筋,刚度较低,强度较高,是一种线弹性材料,相比于FRP片材加固抗剥离性能与耐火性能更好。

预应力FRP网格加固技术可以有效改善结构力学性能,充分发挥FRP网格强度高的特点,进一步抑制结构变形和裂缝扩展。

预应力FRP网格的张拉与锚固技术是工程中的难点,针对该难点,本文对端部锚具以及张拉工法进行了研究,并通过6块空心板的抗弯加固试验验证了预应力FRP网格的加固效果,提出了预应力FRP网格加固空心板(梁)的正截面承载力计算方法。

本文主要进行了以下工作:(1)通过理论计算和数值模拟,设计出多种方案的FRP网格夹片式锚具,并使用锚具样品对网格单筋进行夹持,在拉伸试验机上测试其力学性能与锚固效率。

从力学性能与经济角度进行比选,得出波纹型夹片式锚具是较优方案。

进而设计了一套预应力FRP网格的张拉工法,利用波纹型夹片式锚具完成了网格的张拉。

(2)对6块空心板进行了非预应力FRP网格、预应力FRP网格和预应力钢丝绳抗弯加固的试验,研究了加固后空心板的破坏特征和破坏机理。

试验表明预应力FRP网格加固后的开裂荷载、屈服荷载与极限承载力相对于基准板分别提高了至少50%、57%、62%,延性稍有下降.,通过与非预应力FRP网格加固板的对比,表明预应力FRP网格加固可以提高开裂荷载并有效抑制裂缝发展;通过等强、等预应力水平加固的FRP网格与钢丝绳的对比,表明预应力FRP网格相比于钢丝绳更能有效提升抗弯承载力。

(3)根据试验结果,推导了预应力FRP网格加固空心板(梁)的正截面承载力计算公式,并将理论计算值与试验值进行比较,结果表明加固后的板理论计算值与试验结果的误差在合理范围内,吻合程度较好。

体外预应力FRP片材在混凝土桥梁结构加固中的应用

体外预应力FRP片材在混凝土桥梁结构加固中的应用
市政与路 桥
币 需了 民 科技 菅 耵
体外预 应力 Ｆ Ｐ片材在混凝土桥梁结构 Ｒ 加 固 中的应用
陈久 胜 （ 北 省 黄 冈市 浠 水 县公 路 段 ， 北 黄 冈 ４ ８ ０ ） 湖 湖 ３ ２ ０
摘 要 ：Ｒ Ｆ Ｐ片材加 固混凝土梁是一种新型的加 固方法 ， Ｆ Ｐ施加预应力 ， 对 Ｒ 不仅可 以充分利 用 Ｆ Ｐ的 强度 ， 能有效地改善加 固梁的 受力性 Ｒ 还 能， 进一 步抑制 梁的变形和裂缝的开展 。体外预应 力 Ｆ Ｐ片材加 固混凝土结构近几年来在 国外得到 了广泛的研究与应用。在此介 绍 了近期 国 内外 Ｒ 体外预应 力 Ｆ Ｐ片材加 固领域的最新研究情况 ， Ｒ 对体外预应力 Ｆ Ｐ片材加 固在该领域的优势和前景 、 前存在 的问题 和今后发展的方 向等 方面进 Ｒ 目 行 了总结 ， 可为今后开展相 关的研 究和应用提供借鉴和参考。 关 键 词 ：Ｒ Ｆ Ｐ片 材 ；ａ ｈ 固方 法 ； 外 预 应 力 体 据公路 管理 部门大量调查 结果分析 ，相当一部分 桥梁服务不 到期 限， 梁体 已出现混凝土破损 、 剥落 、 钢筋和预应力钢束锈蚀 以及 梁体结构 产生裂缝等现象 ， 桥梁结构的耐久 性和承载能力受到影 响。而每年用于 维修加固既有桥梁的费用是相当惊人 的。 在我国 ， 因钢筋锈 蚀引起 结构 耐久性不 足或影响结构功能 而需 维修 加 固的情 况逐渐呈上升趋 势。Ｃ Ｒ 材料耐腐蚀 、 ＦＰ 重量轻 ， 其密度 约为钢 材 的五分 之一 ； 抗拉 强度高 ， 可达 ２ ０ Ｍ ａ ０ Ｏ Ｐ 以上 ； 且具有抗 疲劳性 能 并 好 等特点。 因此 ， Ｆ Ｐ Ｃ Ｒ 筋材在用体外预应力技术加固混凝土桥梁结构 中 具 有广阔的前景。 １ 国 内外研究现状 预应 力 Ｆ Ｐ片材 ， 思义 它是一种 采用 高强的纤维材料 （ Ｒ ） Ｒ 顾名 Ｆ Ｐ 片 材作 为预应力材料 ， 它能有效解决 普通预应力存 在的锈蚀 问题 ， 并能 满 足现代经济和科 技发展对 材料 高强的要求 。 １１ 国外研究 现状 ． Ｆ Ｐ加固混凝 土梁方 法始于瑞士材料试验 与研究 联邦实验室 （ Ｍ Ｒ Ｅ — Ｐ ）其后 他们也进行 了预应力 Ｆ Ｐ布加 固的研究 ， Ａ， Ｒ 并认为此 法 比传 统 的预应力方 法更加经济 。 在 １９ 年 ， ９ ８ 加拿大的 Ｈ ｇ Ｓ ｒ ｅ ｉ ｌＧ・ ｉ 等设计 出了楔形夹 片式锚具 ， ｅ ｈｖ 其 锚 固效果 不错 ， 但是仅 能用于单筋直 径为 ８ ｍ的 Ｃ Ｒ ， ｍ Ｆ Ｐ 对于其他 直 径及纤维类 型不 同的适用情况 ， 并没有做太 多的交待 。 Ｄ ｕ ｎ 试验 中发 现混凝土梁大多 由于剪切 裂缝使得裂缝两边 的梁 ｅｒ ｇ ｉ 体产 生纵向的相对位移而 发生碳 纤维布的剥离破坏 ， 预应力 Ｆ Ｐ布 但 Ｒ 传递 到混凝土上 的压应力可 以推迟甚至阻止 了这种破 坏的出现 。另外 ， 施加预应力还有效 的减小 了裂缝宽度 。 Ｃ ａ ｅ ａ考虑 了不 同截 面面积 、材料性质 以及预应力大小 的 Ｆ Ｐ ｈｒ ｔ ｌ Ｒ 布对加 固效果 的影 响， 他发现 由于具体 的梁截 面尺寸以及预应力大小不 同， 当破坏模式 同为 Ｆ Ｐ布拉断破 坏时 ， Ｒ 预应力加 固并不一定 提高梁 的 最终抗弯承载力 。 Ｗｉ ｔ ｔａ提供 的数 据证 明预应力 Ｆ Ｐ ｇ ｌ ｈｅ Ｒ 减少 了裂缝 的宽度 以及数 量 ； 制了裂缝 的发展 及 由此产生 的受 压 区混凝 土压碎破坏 ； 抑 最终提高 了构件 的承载力 以及刚度 。 １ 国内研究现状 ． ２ 中国在这个方面还处于起步阶段 。 国内从 ２ 世纪 ９ 年代后期开始 Ｏ Ｏ 对 ＣＲ Ｆ Ｐ进行研究 ， 所用 的主要 材料是单 向碳纤维织物 和片材。主要应 用于 旧结构 的加固方面 ， 个方面 已经 比较成熟 ， 且制定 了相 应的技 这 并 术规程 。 在近几 年 ，一些科 研院所和大专 院校尝试 着做 Ｆ Ｐ Ｒ 筋在 预应力混 凝土结构 中的应用研究 。对于碳纤维预应力筋锚 固系统 的研 究 ， 湖南大 学做过粘ห้องสมุดไป่ตู้式锚具的静力试验 ， 国建筑科学院也做过碳纤 维锚具的研 中 制以及其力学性能的测试 ； 东南大学也做过芳纶纤维筋 的粘结式 锚具的 研究等。但总体说来 ， 还处于 比较初级的阶段。 尚守平 、 晖等人 ， ９根混凝土梁构 件进行试 验研 究 ； 明、 彭 对 李 张建 伟等人 ， １ 根混凝土梁构件进行了试验研究 ， 中 １ 为钢 筋混凝土 对 ０ 其 根 基准梁 ， 根为非 预应 力 Ａ Ｒ 片材加 固梁 ， 根 为预应力 Ａ Ｒ ３ ＦＰ ６ Ｆ Ｐ片材 加 固梁 ， 变化参数为加固层数和预应力水平。他们在试验 中都发现 了通过 预应力 Ｆ Ｐ Ｒ 片材加 固后 的的试验梁与未加 固的基 准梁相 比，其开裂 荷 载提高了 、 屈服荷载 、 极限荷载都有了很大提高 。试验发现 ， 经过预 所有 应力 Ｆ Ｐ Ｒ 布加 固的试件加载直至破坏均未出现任何 粘结破 坏的迹 象。 针对预应力 Ｆ Ｐ片材 ，重庆大学李唐宁教授设计 出了一套高强 度 Ｒ 复合材 料波形齿夹具锚 ， 对其进行 了系统性的分析 ， 通过对波形齿 锚具 受力 机理的力学分析 ，导 出了 Ｆ Ｐ Ｒ 片材 的传 递长度计算公式 和锚固长 度计算公式 ， 申请 了专利 。 并 ２ 体外预应力 Ｆ Ｐ片材在混凝土桥梁结构加 固中的优缺点 Ｒ ２１ 粘贴钢板和体外预应力法都存在 自身的不足 ． 粘贴钢板法的缺点是 ： １须在结构上打孔 ， ） 对原结构破坏较严重 ； ２ 钢板本身较重 ， ） 增加 了构件荷载 ； ３ 钢板是 在构件开 裂后粘贴 的， ） 它只有在荷 载增 加 ， 裂缝继续 开展 的时候才发挥作用 ， 固效果不理想 ； 加 ４ 后期钢板的防护 比较麻烦 。 ） 从力学上分析 ， 体外预应力索与周围结构主体在 同一截 面上 的变形 不协调 ， 导致预应力索容易受到意外破坏。而且 由于转 向装 置和锚固点 受到约束 ， 车时容易 引起体外索 的振 动 ， 故行 预应力 索的 自由长度 受到 限制 。加上预应力索不能参与局部裂缝的控制 ， 这些都制约 了该方 法的 适用范 围。对 于悬臂箱梁结构， 由于截面重心位于梁中心线之上 ， 采用体 外预应力束 如布置在箱 内， 因钢束距 截面重 心较近 ， 由预加力 获得 的弯 矩不大 。若增加预应力束数 可能导致 过高的压应力 ， 对结构不利 。 ２ Ｆ Ｐ ． Ｒ 片材对结构进行加固具有以下优点 ２ １ 能对 构件进 行抗弯 、 ） 抗剪 、 压加 固 ， 抗 能对 结构体 系进行 抗震 加 固， 对砌体结构以及木结构加固 ； ２ 他们能与基材紧密连接 ， ） 协调性好 ； 长度不 限， 搭接方便 ； ３ Ｆ Ｐ片材强度高 ， ）Ｒ 质量轻 ， 纤维 布是 目前应用最广泛 的纤维布 ， 碳 其强度 达到 ３ ０ Ｍ ａ是钢 材 的 １ ～ ５ ， ４０ Ｐ ， Ｏ １ 倍 弹性模量 为 ２ ０ Ｐ ， ４ Ｇ ａ 比钢材 高， 而密度为 １４／ｍ 为钢材 的 １ ； ．ｇ ｅ ／ ５ ４ 耐腐性 、 ） 耐磨性 、 耐火性 良好 。 Ｆ Ｐ片材粘贴到构件上后能与构件共 同受 力 ， Ｒ 不会增加构件 的额外 荷载 ， 能有效提高结构的承载力 ， 改善结构 的耐久性 。 对无需施加预应力 加固的构件 ，Ｒ Ｆ Ｐ的施工亦很 简单 ， 对结构 打磨平 整后涂胶粘贴 即可 ， 不 会对原结构产生破坏 ， 而且外 层涂刷 防护漆 后无需后期防护 。对需要施 加预应力进行加 固的构件 ，预应 力 Ｆ Ｐ片材 因为能很好 的粘结到构件 Ｒ 上， 与构件形成一 个共 同体 ， 能有效 的保证 预应力片材 的作用效果和 故 使用安 全。 ２３ 体外预应力 Ｆ Ｐ片材加 固的不足之处 ． Ｒ 预应力 Ｆ Ｐ片材的张拉和锚 固系统 尚未 很好 的解决 ，预应力 Ｆ Ｐ Ｒ Ｒ 片材放 张后在 端部会产生相对滑移 ， 荷载作用后相 对滑移量将进一步增 大， 发生剥离失效 。因此 ， 为了防止端部 Ｆ Ｐ片材提前剥离 导致 加 固梁 Ｒ 破坏 ， 应采取有效 的锚 固措施 。而且粘贴 预应力 Ｆ Ｐ片材也是一项综合 Ｒ 性较强 的技术 ，加 固效果受现场操作工人 的技术熟练程 度的影响较大 ， 应特别重视施工质量 ， 若施工质量没有保证 ， 则加 固效果 大打折扣 ， 所以 对施工单位和现场环境的要求很高 。 ３ 结论与展望 预 应力 Ｆ Ｐ片材应 用技 术 中所 存在 的 问题首 先就是 预应 力度 较 Ｒ 小 ，主要是 由于 Ｆ Ｐ片材在预应力施加过程 中受力不均匀现象很 明显 Ｒ 而且至今未有破解 。预应力施加过程 中， 局部受力大 的地方 在预应力还 很低 的时候就先达到强度被破坏退出工作状态 ， 从而减小 片材的有效受 力面积 ， 随着预应力的增加 ， 这种受力不均引起 的片材破坏也 逐步开展 ， 相 当于将一块完整 的片材分成一束一束的逐个破坏 ， 导致 片材整 体强度 无法发挥 ， 直到 Ｆ Ｐ片材在完全�

预应力FRP混凝土梁的受力和变形性能

预应力FRP加固混凝土梁的受力与变形性能研究目录一、应力分析1、预应力FRP加固混凝土梁的界面应力分析1.1界面应力分析1.2界面的剪应力1.3界面的正应力2、预应力FRP加固受弯构件剥离应力分析2.1剥离应力函数表达式的建立2.1.1基本假定2.1.2粘结剪应力2.1.3剥离正应力二、变形性能3预应力FRP加固混凝土梁的变形性能3.1计算假定3.2截面曲率及相应弯矩3.2.1屈服曲率和屈服弯矩3.2.2极限曲率和极限弯矩3.2.2.1Ⅰ型破坏3.2.2.2Ⅱ型破坏3.3 M-υ曲线4、预应力FRP加固钢筋混凝土梁的挠度计算4.1现有的预应力混凝土结构挠度计算方法4.2预应力FRP加固钢筋混凝土梁的挠度计算方法4.2.1开裂前截面惯性矩计算4.2.2开裂后截面惯性矩计算4.2.3挠度计算公式及验证摘要：预应力FRP加固混凝土结构在结构工程中应用越来越广泛，本文就预应力FRP 加固混凝土梁的受力和变形的性能从界面应力、剥离应力、梁的变形性能以及挠度计算四个方面并结合一些相应的实验结果对FRP加固混凝土梁分析。

一、应力分析1预应力FRP加固混凝土梁的界面应力分析[1]预应力FRP片材增强RC梁的界面应力分析纤维增强复合材料(FRP)粘贴加固技术已广泛应用于钢筋混凝土建筑(结构)物的加固和维修工程中。

然而，现有的FRP片材粘贴加固技术是被动加固技术，FRP片材的抗拉强度没有得到充分的发挥，构件的抗弯刚度提高幅度不大，混凝土中的裂缝等缺陷无法闭合。

因此，采用预应力FRP片材加固混凝土结构(主动加固技术)将是一种更有前途的新技术。

但是，在预应力FRP片材作用下，FRP端部界面层的剪应力和正应力分布与无预应力作用下相比会发生改变，容易造成界面剥离破坏。

因此，研究预应力FRP增强RC结构中FRP片材与混凝土的界面层的应力分布，对于探明增强构件的破坏机理具有重要的意义。

有关预应力FRP片材与混凝土的界面的应力分析，国内外的研究尚不多见.Triantafillou 给出了不发生端部剥离破坏情况下的最大预应力的理论计算公式,但最大预应力的表达式是一个隐函数，影响参数不明确。

探讨土木工程预应力的加固方式

探讨土木工程预应力的加固方式关键词：混凝土结构;预应力;加固1.预应力纤维复合材料加固法纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer/plastic，简称FRP）由于强度高、质轻、耐久性好、方便施工等优点，近年来在国内外的结构加固及工程改造中得到了广泛应用。

目前高性能的FRP主要有碳纤维增强复合材料（CFRP），芳纶纤维增强复合材料（AFRP）及玻璃纤维增强复合材料（GFRP），在试验研究以及工程应用中主要采用FRP片材、筋材和布材对混凝土结构进行加固。

在国外，采用预应力FRP材料加固是20世纪80年代开始的。

德国曾于1986年对一座桥梁采用后张玻璃纤维筋进行加固，随后英国也采用了该技术对一些铁路桥梁和公路桥梁进行了加固。

德国国道L249线上的Gomadingen桥（预应力连续T型斜交混凝土桥）由于内部预应力过大造成柱上方的混凝土桥面板底部出现大量裂缝，采用Leoba系统进行了预应力加固，效果良好。

Luke等与Darby 等采用预应力碳纤维板材对牛津Hythe桥进行了加固修复。

经过加固，该桥的承载力由7.5t提高到了40t。

韩国汉城的sungsan桥的中间一跨桥面板底部出现较大的裂缝，后采用11条Car一bonDurcFRPv624进行预应力加固，问题得以解决。

日本人TetsuoYamakawa等人针对某教室柱抗震能力不足，采用对FRP条带施加预张力来约束混凝土柱来提高其抗震性能;日本秋田县建设交通部的加滕修平等人，采用预应力AFRP筋补强加固101号国道上的男鹿大桥，预应力值约为其抗拉强度的0.7倍，补强后承载力明显提高。

荷兰阿姆斯特丹的orlv中心的房屋大梁由于设计承载力不足，采用了Stress Head系统进行预应力加固补强;瑞士卢塞恩（Luceme）市的警察总部大楼内由于新建混凝土墙未能与老墙体进行有效连结，造成抗震能力不足，为提高其抗震能力，采用了预应力CFRP板将新旧墙体牢固相联。

体外预应力FRP片材加固混凝土结构的研究现状及发展

维普资讯
箜 塑
巫 勤 ： 二 １
文章 编 号 ：６２—７４ （ ０ ６ ０ ０ １ ０ １７ ８ ３ ２０ ） ４— ０ ２— ５
体 外预应力 Ｆ Ｐ片材加 固混凝 土结构 Ｒ
的研 究现状 及发 展
飞 渭 ， 世 永 ， 江 曾祥 蓉
（ 勤 工程 学 院 军 事建 筑工程 系， 后 重庆 ４０ ４ ） ００ １
摘 要 ＣＲ Ｆ Ｐ片材加 固混凝 土 梁是 一种新 型 的加 固方 法 ， 该 方 法存在 着 Ｃ Ｒ 但 Ｆ Ｐ强度
利 用不 高 、 梁使 用阶段 性 能改善 不 明显 等 问题 ， Ｃ Ｒ 对 对 Ｆ Ｐ施 加预 应 力 ， 不仅 可 以充 分利 用 ＣＲ Ｆ Ｐ的 强度 ， 能 有效 地 改善加 固梁 的受 力性 能 ， 一 步抑 制 梁的 变形 和 裂缝 的 开展 。体 还 进 外预 应 力 Ｆ Ｐ片材 加 固混 凝 土 结构 近 几 年 来在 国外 得到 了广泛 的 研 究 与应 用。 对在 该 领 Ｒ
域 已有 的研 究成果 从预 应 力 的施 工 工艺 、 张拉控 制 应 力 、 固措 施 、 应 力损 失和 设 计 方 法 锚 预
等方面进行 了总结 ， 可为今后开展相关的研究和应用提供借鉴和参考 。
关键 词 预 应 力 ；Ｒ Ｆ Ｐ片材 ； 混凝 土 结构 ； 固 加
中 图分 类号 ： Ｕ ７ ． Ｔ ３５ １
结， 为今后 深入 开 展该项 研 究和 应用 提供 借鉴 和参考 。
１ 预 应 力施 工 工 艺
预应力 的施工工艺是影响预应力 Ｆ Ｐ片材加 固效果 的一个核 问题 。目前 已尝试应用的预应力 Ｒ ｔ ５
施工 工艺 有 以下 ４种 ， 同时 本文 提 出 了一种施 工 工艺 的实 现途径 ， 以待试 验 研究 验证 。

关于提高FRP布材或片材加固RC梁的延性方法的调研报告

关于提高FRP片材/布材加固RC梁的延性的方法的调研报告前言FRP是一种材料的统称，它指的是一种纤维增强复合材料，具有高强、轻质、耐腐、抗疲劳等优于建筑钢材的特点。

他凭借着其出色的材料性能，被广泛应用于各个工程领域。

近十多年来世界各国土木建筑界的许多学者和工程师们将FRP 广泛应用于结构加固工程，并进行了大量的研究工作。

我国在土木建筑结构加固工程中应FRP复合材料虽然起步较晚，但发展较快，并取得了大量科研成果。

但是经过调研发现，在研究FRP片材或者布材加固RC梁提高延性发面还是研究的比较少的，在好多的加固事例或者实验研究过程中，大多是都是脆性破坏，从而导致了材料利用率的低下，造成了材料的严重浪费。

因此研究提高FRP材料加固混凝土梁的延性的方法具有实际的工程意义，对于土木工程加固领域的快速发展也是有一定的促进作用。

经过初步调研，提高FRP片材/布材加固RC梁的延性的方法大体上分为预应力FRP加固和非预应力FRP加固方法，在这个大的分类下，非预应力FRP加固法又可以分为好多种类，大致有锚固法、混杂FRP、FRP和粘钢综合加固法、增加粘贴长度、嵌入式加固法、对粘贴胶进行改性、不同的纤维材料、部分粘贴加固法、FRP 包裹塑性铰区等等。

下面具体介绍各个加固方法对提高延性的具体表现能力。

1 非预应力FRP加固法1.1锚固法Spadea［1-3］通过在补强梁的关键部位粘贴钢板U型锚固的方法，这一方法和单纯的端部锚固方法相比其延性要大大提高，并且通过实验证实这一结论的成立，因为U型锚固限制了补强纤维布和底部的混凝的粘贴时的相对滑移，增加了协同工作的性能。

机械锚固FRP补强加固技术［4-7］，就是通过不用浸渍胶而用锚固法在各个补强纤维布部位实施锚固来限制它的滑移，从而有效的来提高延性的一种方法。

整体提高梁的各个性能可以通过合理的设置延性材料和脆性材料的比例，使各个材料发挥其各自的优越性。

卢亦焱［8］在补强碳纤维布表面粘贴钢板，并且在关键部位施加钢板U型锚固，来防止产生剥离破坏。

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3.4国内外的研究成果得出的结论 国内外的研究成果得出的结论
1.传统钢筋混凝土的延性指标已经不适用于 传统钢筋混凝土的延性指标已经不适用于FRP筋 传统钢筋混凝土的延性指标已经不适用于 筋 预应力混凝土梁,采用各种综合性能指标可以更好的 预应力混凝土梁 采用各种综合性能指标可以更好的 筋预应力混凝土梁的延性。 反映 FRP筋预应力混凝土梁的延性。 筋预应力混凝土梁的延性 2.如果经过合理的设计 2.如果经过合理的设计 , FRP 筋预应力混凝土梁可 以有较好的延性。 以有较好的延性。 3. FRP筋预应力混凝土梁的剪切性能和剪切破坏形 筋预应力混凝土梁的剪切性能和剪切破坏形 式与预应力钢筋混凝土梁都有很大的区别。 式与预应力钢筋混凝土梁都有很大的区别。 4. FRP筋的种类和预应力水平是影响 FRP 筋预应 筋的种类和预应力水平是影响 力混凝土梁长期性能的关键因素。 力混凝土梁长期性能的关键因素。
１．预应力混凝土结构的发展现状及展望
现代预应力混凝土结构体系是指用高强和高性能材料、 现代预应力混凝土结构体系是指用高强和高性能材料、 现 代设计方法和先进的施工工艺建造起来的预应力结构体系 , 是当今技术最先进、 用途最广、 是当今技术最先进、 用途最广、 最有发展前途的一种建筑 结构形式之一。预应力混凝土发展到今天, 不仅应用于桥梁、 结构形式之一。预应力混凝土发展到今天 不仅应用于桥梁、 轨枕、 电杆、 桩、 压力管道、 贮罐, 而且在高层、 高耸、 轨枕、 电杆、 压力管道、 贮罐 而且在高层、 高耸、 大跨等结构中广泛应用, 大跨等结构中广泛应用 几乎所有大型土木工程中都有预应 力混凝土结构的踪影。 力混凝土结构的踪影。 预应力结构的展望： 应用领域日益扩大 可持续发展)。 应用领域日益扩大(可持续发展 预应力结构的展望：1.应用领域日益扩大 可持续发展 。2. 采用新型高强度材料(混凝土与预应力筋 混凝土与预应力筋)。 与之相匹配的 采用新型高强度材料 混凝土与预应力筋 。3.与之相匹配的 现代设计理论。 先进施工工艺的开发 先进施工工艺的开发。 现代设计理论。4.先进施工工艺的开发。
近年来, 非钢材预应力筋得到了很大发展, 近年来 非钢材预应力筋得到了很大发展 它们主要是纤维加劲塑料 ( FRP)预应力筋 如玻璃纤维加劲塑料 预应力筋, 预应力筋 如玻璃纤维加劲塑料(GFRP)、 芳纶纤维加劲塑料 、 (AFRP)及碳纤维加劲塑料 及碳纤维加劲塑料(CFRP)预应力筋。它们由多股连续纤维以环 预应力筋。 及碳纤维加劲塑料 预应力筋 氧树脂等作为基底材料胶合后, 经过特制的模具挤压、拉拔成型。 氧树脂等作为基底材料胶合后 经过特制的模具挤压、拉拔成型。 塑料筋的应力-应变曲线没有条件屈服点 直到拉断都呈线弹性 它们的弹 塑料筋的应力 应变曲线没有条件屈服点,直到拉断都呈线弹性 应变曲线没有条件屈服点 直到拉断都呈线弹性, 抗拉强度则接近于高强钢绞线。 性模量仅为 50～50GPa, 抗拉强度则接近于高强钢绞线。纤维加劲塑料 ～ 筋与钢材相比具有抗腐蚀、 耐疲劳性能好、 热膨胀系数低、 筋与钢材相比具有抗腐蚀、 耐疲劳性能好、 热膨胀系数低、 强度与质 量密度之比高(约比钢材高 量密度之比高 约比钢材高 5 倍)、表面形态多等优点 但它的缺点为价格 、表面形态多等优点;但它的缺点为价格 高, 拉断时应变低极限伸长率仅为 2%～ 3%) , 长期的静力强度比短期的 ～ 低等。目前, 预应力筋仍处于研究试用阶段,FRP 预应力筋的 低等。目前 各种 FRP 预应力筋仍处于研究试用阶段 发展前景将是很广阔的。 发展前景将是很广阔的。

2．FRP片材在加固技术上的应用现状 ． 片材在加固技术上的应用现状
具有强度高、 由于 FRP具有强度高、 密度小、 抗疲劳、 耐腐蚀 具有强度高 密度小、 抗疲劳、 等优良的材料特性,以及适用面广 以及适用面广、 等优良的材料特性 以及适用面广、 施工方便等优 因此在加固工程中的应用越来越普遍, 点,因此在加固工程中的应用越来越普遍 FRP加固 因此在加固工程中的应用越来越普遍 加固 技术也成为目前国内外研究开发的一个热点。 技术也成为目前国内外研究开发的一个热点。然而 一般的加固工程中,该方法仍然存在一些问题 该方法仍然存在一些问题: 一般的加固工程中 该方法仍然存在一些问题 FRP 的抗拉强度由于受构件变形的限制以及易出现 FRP 的剥离破坏而不能充分发挥; 的剥离破坏而不能充分发挥 FRP对处于使用阶段 对处于使用阶段 构件的加固效果不是很理想,对加固构件的开裂荷载 构件的加固效果不是很理想 对加固构件的开裂荷载 和屈服荷载提高不大,往往是在受拉钢筋屈服后 往往是在受拉钢筋屈服后, 和屈服荷载提高不大 往往是在受拉钢筋屈服后 FRP的高强作用才得到发挥。 的高强作用才得到发挥。 的高强作用才得到发挥
纤维板破坏形态
瑞士的 UrsMeier等人为了使预应力 FRP板加固的混凝土梁 等人为了使预应力 板加固的混凝土梁 不发生梁端的粘结破坏 ,提出了对 FRP板施加梯度预应力的 提出了对 板施加梯度预应力的 方法 ,即使梁中部预应力水平最高 ,在梁两端 FRP板预应力 即使梁中部预应力水平最高 在梁两端 板预应力 水平逐渐降低 ,最后在端部达到零 最后在端部达到零 以上研究均表明 ,使用预应力 FRP板加固混凝土梁 ,可以减 使用预应力 板加固混凝土梁 可以减 提高梁的抗弯刚度;显 小梁的裂缝宽度 ,延缓新裂缝的出现 ,提高梁的抗弯刚度 显 延缓新裂缝的出现 提高梁的抗弯刚度 著改善其开裂、 屈服和极限承载力。 著改善其开裂、 屈服和极限承载力。但因 FRP板抗拉承载 板抗拉承载 力较高 ,且相对 FRP布僵硬 ,与梁的粘结质量不容易得到保 且相对 布僵硬 与梁的粘结质量不容易得到保 证 ,破坏时多为剥离破坏 ,其强度不能得到充分发挥 ,所以需 破坏时多为剥离破坏 其强度不能得到充分发挥 所以需 进一步研究有效、 进一步研究有效、 实用的锚固系统 ,以便充分利用其高强的 以便充分利用其高强的 材料特性和进行实际工程应用。 材料特性和进行实际工程应用。
3.2预应力 FRP板加固技术的研究 预应力 板加固技术的研究
1991年 , Saadat manesh和 Ehsani对玻璃纤维板通过间接 年 和 对玻璃纤维板通过间接 的方式施加了预应力 ,他们用液压千斤顶在梁的跨中使梁向 他们用液压千斤顶在梁的跨中使梁向 上起反拱 ,然后将玻璃纤维板粘贴在梁的受拉底表面并进行 然后将玻璃纤维板粘贴在梁的受拉底表面并进行 养护 ,待养护完毕后移走千斤顶 ,从而使玻璃纤维板产生预应 待养护完毕后移走千斤顶 从而使玻璃纤维板产生预应 力 ,但预应力水平较低。 但预应力水平较低。 但预应力水平较低 法国的 Ferrier等人在 2001年对预应力碳纤维板加固混凝土 等人在 年对预应力碳纤维板加固混凝土 梁进行了研他们主要研究了 CFRP板与混凝土的粘结性能和 板与混凝土的粘结性能和 并进行了试验验证。 梁端粘结区域的抗剪性能 ,并进行了试验验证。试验结果表 并进行了试验验证 明 ,梁端没有锚固的加固梁的破坏形态为纤维板从梁端开始 梁端没有锚固的加固梁的破坏形态为纤维板从梁端开始 纤维板的强度没有得到充分发挥;梁端有锚固 发生剥离现象 ,纤维板的强度没有得到充分发挥 梁端有锚固 纤维板的强度没有得到充分发挥 措施的加固梁的破坏形态为纤维板在跨中断裂， 措施的加固梁的破坏形态为纤维板在跨中断裂，其强度得到 了充分发挥。 了充分发挥。
3.3国内在该领域的研究现状 国内在该领域的研究现状
目前预应力 FRP片材加固技术的研究主要集中在碳 片材加固技术的研究主要集中在碳 纤维上 ,预应力芳纶纤维片材加固技术的研究还是 预应力芳纶纤维片材加固技术的研究还是 较少，北方工业大学的杜修力对预应力 对预应力AFRP 布加 较少，北方工业大学的杜修力对预应力 受弯性能，受剪性能温度对AFRP 布 固混凝土梁的 受弯性能，受剪性能温度对 配套粘结材料的力学性能影响研究。 配套粘结材料的力学性能影响研究。国内关于预应 板加固技术的研究还未见报道。 力 FRP板加固技术的研究还未见报道。 板加固技术的研究还未见报道 筋材、 国外已经进行了很多 FRP筋材、 棒材应用于加固 筋材 的研究 ,而国内在预应力 FRP加固方面起步较晚 ,研 而国内在预应力 加固方面起步较晚 研 究大多局限于 FRP片材方面 ,在新材料的开发和研 片材方面 在新材料的开发和研 究方面应该进一步深入。 究方面应该进一步深入。
3．FRP片材在加固技术上研究现状 ． 片材在加固技术上研究现状
3.1 FRP片材预应力施加体系 片材预应力施加体系
预应力纤维片材加固受弯构件是一项非常新颖的加固技术 , 目前已经发展了三种预应力体系: 目前已经发展了三种预应力体系 (1)在粘贴非预应力纤维片材之前让受弯构件起反拱 ,然后粘 在粘贴非预应力纤维片材之前让受弯构件起反拱 然后粘 从而使得纤维片材产生预应力。 贴纤维片材 ,释放反拱 ,从而使得纤维片材产生预应力。此种 释放反拱 从而使得纤维片材产生预应力 方法产生的预应力水平较低。 方法产生的预应力水平较低。 (2)通过外部反力架预先张拉纤维片材 ,然后粘贴到加固的构 通过外部反力架预先张拉纤维片材 然后粘贴到加固的构 件上 ,待养护完毕后 ,在构件部剪断纤维片材进行放张 ,对加 待养护完毕后 在构件部剪断纤维片材进行放张 对加 固构件施加预应力。 固构件施加预应力。 (3)在加固构件上设置永久性锚具 ,纤维布以加固构件本身作 在加固构件上设置永久性锚具 纤维布以加固构件本身作 为反力架进行张拉 ,张拉完后粘贴在构件上 ,锚具保留在原位。 张拉完后粘贴在构件上 锚具保留在原位
预应力 FRP片材加固技术的研究 片材加固技术的研究
幻灯片框架
1．预应力混凝土结构的发展现状及展望 ． 2．FRP片材在加固技术上的应用现状 ． 片材在加固技术上的应用现状 3．FRP片材在加固技术上研究现状 ． 片材在加固技术上研究现状 3.1 FRP片材预应力施加体系 FRP片材预应力施加体系 3.2预应力 FRP板加固技术的研究 预应力 板加固技术的研究 3.3国内在该领域的研究现状 国内在该领域的研究现状 3.4国内外的研究成果得出的结论 国内外的研究成果得出的结论