朱鵬飛

【摘要】預(yù)應(yīng)力CFRP板加固與非預(yù)應(yīng)力CFRP板加固方法相比，CFRP板材具有質(zhì)量性能穩(wěn)定、施工便捷等特點?？商岣邩?gòu)件的受彎承載力和抗裂度，該加固技術(shù)可直接應(yīng)用于實際工程。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力；CFRP板；混凝土梁

一、預(yù)應(yīng)力施加的原理及方法

（1）預(yù)應(yīng)力施加體系。預(yù)應(yīng)力CFRP板加固是一項新型加固技術(shù)，其加固原理是在混凝土粱內(nèi)建立永久存在的預(yù)應(yīng)力，初始預(yù)應(yīng)力可用來平衡結(jié)構(gòu)的自重和一部分荷載。從而能夠充分發(fā)揮高強CFRP板的增強效果。諸如推遲裂縫的開展、有效減小裂縫寬度和撓度、緩解內(nèi)部鋼筋的應(yīng)變、更大程度地提高結(jié)構(gòu)的屈服荷載和極限承載能力等，從而節(jié)約碳纖維用量。國內(nèi)外不少研究單位在試驗和實踐中研究了施加預(yù)應(yīng)力體系，主要方法有以下三種：一是反拱法。先將FRP片材用環(huán)氧樹脂粘貼到梁的受拉面，然后用千斤頂從FRP片材外將梁從中部頂起，待膠固化后卸載，這樣就對梁施加了一定的預(yù)應(yīng)力。趙啟林等通過這種方法對碳纖維布施加預(yù)應(yīng)力來加固鋼梁，但是該方法僅適用于纖維片材，施工時易造成梁上部開裂，施加的預(yù)應(yīng)力水平較低且不易控制，使用時具有一定的局限性。二是不設(shè)置永久錨具的外部張拉法。先用特制的預(yù)張拉設(shè)備張拉CFRP片材，再用環(huán)氧樹脂將其粘貼到粱的受拉面，膠固化后，在梁的兩端剪斷，即施加了預(yù)應(yīng)力。尚守平等在試驗中施加預(yù)應(yīng)力時均采用此種方法，理論計算和試驗研究表明，采用該方法，預(yù)應(yīng)力碳纖維布的張拉水平為200～400MPa，預(yù)應(yīng)力水平較低。為提高初始預(yù)應(yīng)力水平，應(yīng)研究預(yù)應(yīng)力FRP在梁端的有效錨固措施。三是在加固構(gòu)件上設(shè)置永久性錨具。此法不需要外部反力架體系，像傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)一樣在待加固梁上設(shè)置永久性錨具，涂覆有環(huán)氧膠的CFRP板。以加固構(gòu)件本身作為反力架進行預(yù)應(yīng)力張拉，張拉完畢后便粘貼、錨固在構(gòu)件上，可減小預(yù)應(yīng)力碳纖維放張時粘貼層的剪切變形，從而降低了傳遞給混凝土表面的剪力，有效防止了加固梁發(fā)生早期破壞，使CFRP板的強度能充分發(fā)揮，更適合加固現(xiàn)場施工操作，具有較好的應(yīng)用前景。（2）端錨預(yù)應(yīng)力CFRP板的張拉和錨固設(shè)備。施工機具由預(yù)應(yīng)力CFRP板錨具、張拉端支架、固定端支架及預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備組成。該錨具利用摩阻錨固原理設(shè)計。由夾片和錨板組成，工作時利用CFRP板的回縮帶動夾片一起移動，使夾片擠緊在錨板內(nèi)壁上；同時擠壓力也使夾片將CFRP板緊緊夾住。產(chǎn)生極大的摩擦力，從而阻止CFRP板的回縮。由于CFRP板表面光滑，易產(chǎn)生刨皮現(xiàn)象，所以在夾片內(nèi)側(cè)涂抹金剛砂．以增加夾片與CFRP板的有效摩擦力。錨具必須通過一定的裝置固定在梁底，才能保證預(yù)應(yīng)力有效傳遞。本文采用固定端支架和張拉端支架對錨具進行固定：固定端用沖擊鉆開5.5mm孔。由環(huán)氧樹脂將固定端支架固定在梁底：張拉端采用化學錨栓固定。在CFRP張拉施工中，主要張拉設(shè)備包括千斤頂和供油用的高壓油泵。千斤頂和油泵的類型主要根據(jù)錨具的型號和張拉力大小而定。

二、預(yù)應(yīng)力CFRP板加固混凝土梁施工技術(shù)

（1）施工工藝流程。一是CFRP板按工程所需長度下料，并在兩端與錨具固接，對CFRP板進行預(yù)拉。二是確定加固結(jié)構(gòu)的錨固點，并按需要鑿出深20mm的長方形凹槽，以便放置錨具和張拉千斤頂。三是采用打孔機器打孔，以便安裝支架。四是安裝固定端和張拉端支架。五是將待粘貼CFRP板的混凝土表面打磨平整，并將打磨過的混凝土表面及CFRP的粘貼面清洗干凈，在CFRP板上涂環(huán)氧膠。六是將CFRP板錨具裝入固定端和張拉端。七是趁環(huán)氧膠尚未固化時對CFRP板進行張拉，張拉過程共分5級，每次加載完畢，應(yīng)記錄CFRP板的應(yīng)變讀數(shù)，把螺母稍旋緊。八是松開油泵的油門進行卸載。九是環(huán)氧膠固化后。對加固處進行必要清理。（2）施工技術(shù)要點。在CFRP板涂環(huán)氧膠前，應(yīng)采用丙酮或酒精清洗板表面并保持清潔。為確保一定的張拉伸長，CFRP板上距張拉端30cm段和距錨固端5cm段不要涂膠。正式張拉前對CFRP板施加8～lOkN的初荷載拉直CFRP板．再次檢查各部件定位是否適合，以減小張拉過程中因CFRP板和錨具的滑移而造成的預(yù)應(yīng)力損失。趁環(huán)氧膠尚未固化時，對CFRP板進行分級張拉。每次加載完畢后靜置l～2min。待CFRP板變形穩(wěn)定后，通過記錄儀讀出應(yīng)變讀數(shù)，并用扳手把螺母稍旋緊，最后一次讀數(shù)完畢后將螺母旋緊固定，盡可能減少由于螺栓未卡緊造成的預(yù)應(yīng)力損失。有效控制張拉應(yīng)力的大小?？刂茟?yīng)力過小，達不到預(yù)計效果；過度的預(yù)應(yīng)力會在外貼板材端部區(qū)域產(chǎn)生過高的剪應(yīng)力，造成錨固退化，使有效預(yù)應(yīng)力降低。影響加固效果。必須選擇優(yōu)質(zhì)的CFRP板和粘貼膠，施工中應(yīng)進行嚴格的過程質(zhì)量控制，注意CFRP板與膠的配套。

三、結(jié)語

CFRP板作為新型高強材料，若粘貼前將其預(yù)先張拉到一定設(shè)計應(yīng)力后錨固于構(gòu)件表面，不但可加強構(gòu)件的抗彎承載力和抗裂度，還可充分利用其強度。同時，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可大大減少CFRP板的用量，降低工程總造價，因此預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固混凝土構(gòu)件比普通粘貼CFRP板加固方式具有明顯的優(yōu)勢。本技術(shù)成熟可靠，使用簡單，易于推廣。