第八講-預(yù)應(yīng)力纖維復(fù)合材(FRP)加固法

正常使用條件下碳纖維材料的利用率極低，一般不超過材料設(shè)計強(qiáng)度的10%。不能有效改善加固結(jié)構(gòu)的使用性能，如減小裂縫寬度、提高結(jié)構(gòu)剛度、降低結(jié)構(gòu)撓度等。正截面加固時片材端部容易產(chǎn)生界面高剪應(yīng)力，導(dǎo)致端部剝離；裂縫兩側(cè)界面容易產(chǎn)生高剪應(yīng)力導(dǎo)致剝離；簡支構(gòu)件斜裂縫的發(fā)展容易誘發(fā)片材剝離；抗剪加固時U形箍自由端容易產(chǎn)生剝離。普通粘貼碳纖維用于受彎構(gòu)件加固的技術(shù)瓶頸鋼筋受拉屈服-纖維拉斷（不選擇）受彎構(gòu)件抗彎加固的破壞形態(tài)鋼筋受拉屈服-纖維不斷-壓區(qū)混凝土壓碎（選擇）受彎構(gòu)件抗彎加固的破壞形態(tài)受彎能力增強(qiáng)，抗剪能力相對較弱，導(dǎo)致剪切破壞（限制）受彎構(gòu)件抗彎加固的破壞形態(tài)沿鋼筋的表層混凝土剝離破壞（撕裂，debondingofsurfaceconcretefromrerar)（限制）受彎構(gòu)件抗彎加固的破壞形態(tài)纖維片材自端部而起的剝離破壞（脫層,delaminationofFRPsheetfrombaseconcrete）（限制）受彎構(gòu)件抗彎加固的破壞形態(tài)纖維片材自裂縫截面的剝離破壞（脫層,delaminationofFRPsheetfrombaseconcrete）（限制）受彎構(gòu)件抗彎加固的破壞形態(tài)斜裂縫剪錯導(dǎo)致的纖維片材剝離破壞（限制）受彎構(gòu)件抗彎加固的破壞形態(tài)可以大幅度提高CFRP材料強(qiáng)度利用率；大幅度降低同等拉應(yīng)力條件下CFRP片材與基層混凝土之間的剪應(yīng)力，降低因彎曲裂縫導(dǎo)致的剝離風(fēng)險；經(jīng)張拉的CFRP片材在端部設(shè)置專用錨固裝置后，可以有效防止端部剝離破壞和因剪切裂縫導(dǎo)致的剝離破壞。對纖維片材施加預(yù)應(yīng)力的優(yōu)勢

反拱法產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力度很低，能有效說明對FRP材料施加預(yù)應(yīng)力帶來的明顯優(yōu)勢，但該方法在實(shí)際工程中難以采用。纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：反拱法

?國內(nèi)外較早采用反拱法對GFRP材料建立預(yù)應(yīng)力。Saadatmanesh和Ehsani[5]（美國Arizona大學(xué)，1991）在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用千斤頂在跨中將混凝土梁頂起產(chǎn)生反拱，保持荷載使梁維持彎曲狀態(tài)，然后在梁底凹面粘貼GFRP板，待膠層固化獲得強(qiáng)度后卸除千斤頂，混凝土梁回彈使GFRP板受拉，從而建立起預(yù)應(yīng)力。該試驗(yàn)混凝土梁尺寸為4570mm×200mm×460mm，四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的開裂荷載提高了100%，承載力提高400%。纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：反拱法

?Yu，Silver和Nanni[6]（美國Missouri-Rolla大學(xué)，2003）采用反拱法對尺寸6300mm×1000mm×220mm的混凝土梁用CFRP板進(jìn)行加固，使承載力比對比板提高了80%。

?趙啟林[7]（解放軍理工大學(xué)，2002）分析了反拱法對鋼構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力FRP加固的可能性。

?趙軍[8]（廣西工學(xué)院，2005）采用反拱法用CFRP布對尺寸為2000mm×120mm×200mm的混凝土梁進(jìn)行了加固試驗(yàn)，表明能有效提高承載力，并控制裂縫的發(fā)展。纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：反拱法纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：先張法纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：先張法手扳葫蘆張拉法：江世永、飛渭等（1）提升裝置（2）鋼板（3）螺栓（4）滾軸（5）CFRP布（6）夾具（7）手扳葫蘆（8）掛鉤（9）力傳感器。纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：先張法直接張拉法：楊勇新、岳清瑞、葉烈平纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：先張法直接張拉法：楊勇新、岳清瑞，葉烈平纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：先張法直接張拉法的施工工藝流程(1)將待加固RC梁粘貼面打磨至堅(jiān)硬層,粘貼面找平處理并清除粘貼面上的油污、浮漿和粉塵。(2)在加固構(gòu)件粘貼面上用涂膠輥均勻刷涂底膠,養(yǎng)護(hù)至規(guī)定時間至手指觸摸不粘手。(3)安裝張拉設(shè)備,可以采用植筋方法在被加固梁端的支墩或柱上固定張拉設(shè)備。(4)安裝CFRP布,并張拉CFRP布達(dá)到預(yù)定的值。(5)用粘貼樹脂均勻刷涂CFRP布。(6)抬升CFRP布與構(gòu)件底面緊密結(jié)合,碾壓排除氣泡,使粘貼緊密,粘貼樹脂養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度。(7)釋放張拉端。(8)采用多層粘貼時重復(fù)上述步驟。(9)全部粘貼加固完成后進(jìn)行表面防護(hù)處理,必要時表面需涂防火涂料。纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：先張法先張法的優(yōu)點(diǎn)無錨具，節(jié)約材料，跨內(nèi)裂縫截面的剝離問題得以緩解。先張法的缺點(diǎn)1.不能解決端部剝離問題，放張時可能直接產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。2.多層張拉時耗時太長。應(yīng)用情況系統(tǒng)尚不完善，實(shí)際工程中幾乎未見使用。纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：輥軸收緊法東南大學(xué)：呂志濤纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：輥軸收緊法東南大學(xué)：呂志濤纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：輥軸收緊法輥軸收緊法的優(yōu)點(diǎn)裝置簡單，易于張拉。缺點(diǎn)預(yù)應(yīng)力值不易控制；事先須在構(gòu)件兩端粘貼固定纖維布，且一旦固定再無更改可能；收緊時纖維存在破損的風(fēng)險。纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：波形錨法法重慶大學(xué)：李唐寧纖維布施加預(yù)應(yīng)力的方法：波形錨法重慶大學(xué)：李唐寧施加預(yù)應(yīng)力的方法：波形錨法波形錨法的優(yōu)點(diǎn)裝置簡單，易于張拉，可多層疊放一次壓緊。缺點(diǎn)預(yù)應(yīng)力值不易控制；對較大跨度，需要較多的中間波形板，或許使造價提高；收緊時纖維存在破損的風(fēng)險。注：有工程應(yīng)用實(shí)例纖維板施加預(yù)應(yīng)力

CFRP預(yù)成型板簡稱CFRP板是將CFRP絲和樹脂膠體拉擠成型的板材，在CFRP布相同寬度的前提下其有效橫截面積是布材的7~11倍，這樣只要張拉一條CFRP板就相當(dāng)于張拉7~11層的CFRP布材，可以看出CFRP板材在預(yù)應(yīng)力應(yīng)用中具有與生俱來的優(yōu)勢，這是布材所不能比擬的。纖維板施加預(yù)應(yīng)力：sikastresshead固定端

纖維板施加預(yù)應(yīng)力：sikastresshead張拉端

錨固靴纖維板施加預(yù)應(yīng)力：sikastresshead張拉情景

纖維板施加預(yù)應(yīng)力：sikastresshead錨固靴

纖維板施加預(yù)應(yīng)力：sikastressheadSika應(yīng)力頭技術(shù)優(yōu)點(diǎn)張拉技術(shù)成熟可靠，是目前最具實(shí)用價值的纖維板預(yù)應(yīng)力加固系統(tǒng)。缺點(diǎn)錨固靴中鋼管直徑大約120mm，鋼筋密集的梁式構(gòu)件難以使用；由于構(gòu)造上對張拉位移提供的空間有限，事先必須對碳纖維板的長度計算精準(zhǔn)，否則可能導(dǎo)致不能按計劃張拉。由于上述第2條原因，該法難以應(yīng)用在大跨度橋梁加固，否則錨固靴需加大尺寸。纖維板施加預(yù)應(yīng)力：壓緊式板式錨具中南大學(xué)：何賢輝；湖南大學(xué)：彭暉高效碳纖維預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)的技術(shù)要求（1）在高性能錨具方面，要求達(dá)到能可靠錨固高強(qiáng)度I級板50×1.4mm2規(guī)格條板，錨固能力不小于150kN；（2）張拉系統(tǒng)不受跨度限制，以滿足對不同跨度的適應(yīng)性；（3）張拉后及時錨固，不占用張拉設(shè)備；（4）張拉端錨具外除夾持所需長度外，無多余CFRP板材料；（5）系統(tǒng)能有效改善結(jié)構(gòu)的加固效果，大幅度提高CFRP板在正常使用條件下的抗拉強(qiáng)度利用率，有效預(yù)應(yīng)力不低于1200MPa。全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果膠體/碳纖維板與金屬基體粘接強(qiáng)度的剪壓復(fù)合試驗(yàn)全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果膠體剪壓復(fù)合試驗(yàn)正應(yīng)力MPa剪應(yīng)力MPa全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果碳纖維板剪壓復(fù)合試驗(yàn)剪應(yīng)力MPa正應(yīng)力MPa全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果碳纖維板與金屬基體間的摩擦系數(shù)全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果碳纖維板與金屬基體間的摩擦系數(shù)全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果碳纖維板夾片式夾具性能全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果碳纖維板夾片式夾具性能全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果碳纖維板夾片式夾具性能全學(xué)友的部分基礎(chǔ)性研究成果