梁金福，秦春春

（1廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心，南寧 530005；2.廣西大學(xué)設(shè)計(jì)研究院，南寧 530004）

CFRP板嵌入式加固混凝土構(gòu)件研究綜述

梁金福1，秦春春2

（1廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心，南寧 530005；2.廣西大學(xué)設(shè)計(jì)研究院，南寧 530004）

CFRP板嵌入式加固法是近十多年來(lái)才提出的一種新形式的加固方法。CFRP板嵌入式加固法與表面外貼CFRP板加固法相比，CFRP板嵌入式加固法具有材料用量少、耐腐蝕、易與相鄰構(gòu)件錨固、適用于表面不平整的構(gòu)件、與所需加固的構(gòu)件傳力更有效、遭受意外荷載不易損傷等特點(diǎn)。本文對(duì)采用CFRP板嵌入式加固鋼筋混凝土構(gòu)件的國(guó)內(nèi)外研究成果進(jìn)行了綜述與分析，并提出了尚待研究的問(wèn)題。

鋼筋混凝土梁；破壞形式；極限荷載

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

1.1.1 黏結(jié)性能研究[1-2]

Galati等對(duì)采用FRP加固的混凝土梁進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)得出，高溫環(huán)境對(duì)FRP與混凝土的黏結(jié)性能有較大的不利影響。

Novidis等對(duì)采用FRP加固的黏結(jié)機(jī)理進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)槽尺寸和FRP埋置長(zhǎng)度兩個(gè)參數(shù)研究其對(duì)FRP加固過(guò)程中黏結(jié)性能的影響，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后，建立了相應(yīng)的黏結(jié)剪應(yīng)力—滑移關(guān)系。

1.1.2 抗彎加固研究[3]

Hassan等考慮了CFRP筋和CFRP板條兩種不同材料的嵌入式加固法：CFRP筋嵌入式加固和CFRP板條嵌入式加固。對(duì)總高為300 mm，腹板高為250 mm，翼緣寬為300 mm，腹板寬為150 mm，靜跨為2 500 mm的T形截面梁進(jìn)行加固試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用CFRP筋嵌入式加固承載力提高幅度0～54%，破壞形式為混凝土被壓碎；采用CFRP板條嵌入式加固承載力提高幅度為0～41%，破壞形式為CFRP板條剝離或CFRP板條拉斷破壞。

Barros和Fortes對(duì)采用CFRP板嵌入式加固的梁進(jìn)行抗彎承載力試驗(yàn)研究，將CFRP板嵌入式加固的試驗(yàn)結(jié)果與表面粘貼CFRP板加固的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出了在不同配筋率的情況下，加固梁的抗彎承載力隨著嵌貼CFRP板數(shù)量的變化或加載點(diǎn)位置的變化而改變。還通過(guò)對(duì)加固梁的承載力和剛度進(jìn)行分析，指出了嵌入式加固法的優(yōu)勢(shì)。

Teng等采用CFRP板條嵌入式加固法，對(duì)截面為150 mm×300 mm，跨度為3 000 mm的矩形簡(jiǎn)支梁進(jìn)行加固并作靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用CFRP板嵌入式加固后的梁承載力有很大提高。當(dāng)黏結(jié)裂縫形成后，裂縫的進(jìn)一步開(kāi)展會(huì)受到內(nèi)嵌的CFRP板條制約，而黏結(jié)裂縫的擴(kuò)展將會(huì)使CFRP板條容易剝離，使得加固梁發(fā)生剝離破壞。1.1.3 抗剪加固研究[4]

Lorenzis等通過(guò)在梁兩側(cè)嵌貼CFRP進(jìn)行抗剪試驗(yàn)研究，試驗(yàn)研究成果表明，CFRP的嵌貼方向與梁軸線(xiàn)成一定角度進(jìn)行加固時(shí)，梁的抗剪承載力提高幅度較大。文獻(xiàn)[13]通過(guò)對(duì)6根采用CFRP筋嵌貼加固的足尺試驗(yàn)梁進(jìn)行抗剪試驗(yàn)研究，研究分析CFRP筋間距、加固方式、CFRP筋端部錨固方式等3種因素對(duì)試驗(yàn)梁抗剪性能的影響。最后通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析研究，提出相應(yīng)的抗剪承載力計(jì)算公式。

Barros等研究采用不同的CFRP板條嵌貼方向時(shí)的抗剪加固效果，試驗(yàn)結(jié)果得出梁軸成45度方向嵌貼的加固效果更佳，還得出CFRP板條嵌入式抗剪加固梁破壞時(shí)撓度較小、延性較好等有益結(jié)論。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)CFRP嵌入式加固法的研究則是從2004年才開(kāi)始的，主要是試驗(yàn)研究，現(xiàn)有的研究成果比較少，工程應(yīng)用幾乎為零。

1.2.1 黏結(jié)性能研究[5]

吳浩淼對(duì)20根截面尺寸為150 mm×220 mm，長(zhǎng)度為1 250 mm的鋼筋混凝土梁采用GFRP筋內(nèi)嵌加固進(jìn)行黏結(jié)性能研究。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出：加固梁的破壞形式為GFRP筋拉斷破壞和GFRP筋自由端截面處發(fā)生斜截面彎矩破壞；GFRP筋的應(yīng)變沿長(zhǎng)度的變化呈非線(xiàn)性變化趨勢(shì)；GFRP筋黏結(jié)應(yīng)力峰值的變化趨勢(shì)為隨著荷載的增大由加載端向自由端移動(dòng)；對(duì)試件破壞形式影響較大的主要因素是GFRP筋的黏結(jié)長(zhǎng)度、GFRP筋直徑、開(kāi)槽快讀與GFRP筋直徑的比值等3方面。

陳俊敏通過(guò)單剪試驗(yàn)，對(duì)33個(gè)表層嵌貼FRP的混凝土試件進(jìn)行黏結(jié)機(jī)理方面的研究，研究開(kāi)槽尺寸、混凝土強(qiáng)度、槽邊距、FRP的黏結(jié)長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)膠類(lèi)型等參數(shù)對(duì)FRP-混凝土黏結(jié)性能的影響。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，得出一些結(jié)論：混凝土強(qiáng)度對(duì)試件承載力有一定的影響，混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高對(duì)FRP-膠層界面的剝離有一定的抑制作用，但不是很明顯；開(kāi)槽寬度對(duì)試件承載力影響不大，但對(duì)FRP剝離長(zhǎng)度的影響較大；試件的承載力隨著FRP黏結(jié)長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而增大。

吳以莉、姚諫和朱曉旭采用表層嵌貼CFRP板加固8根長(zhǎng)度為2.80 m，計(jì)算跨度為2.60 m的鋼筋混凝土T形梁，并對(duì)其黏結(jié)性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)過(guò)程中考慮CFRP板嵌貼長(zhǎng)度和膠粘劑種兩種參數(shù)，分析這兩種參數(shù)對(duì)黏結(jié)性能的影響。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，可知黏結(jié)性能好的膠粘劑可使CFRP板的高強(qiáng)性能得到充分發(fā)揮，試件的極限荷載提高較大；當(dāng)都采用性能好的膠粘劑時(shí)，CFRP板的極限荷載隨CFRP板嵌貼長(zhǎng)度的增加而增大，但是當(dāng)嵌貼長(zhǎng)度達(dá)到一定長(zhǎng)度后，試件的極限荷載不再增大。

1.2.2 抗彎加固研究[6]

孫平平、申士軍、葉良對(duì)3根內(nèi)嵌FRP板的加固梁和1根對(duì)比梁進(jìn)行抗彎承載力試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)研究其力學(xué)性能。試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)加固梁的破壞形式、抗彎極限承載力、裂縫開(kāi)展情況和剛度變化等進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：內(nèi)嵌FRP板加固鋼筋混凝土梁可以有效地提高其抗彎性能；內(nèi)嵌FRP板加固鋼筋混凝土梁裂縫的擴(kuò)展有抑制作用。

丁亞紅和馬艷潔對(duì)內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力碳纖維加固的9根加固梁和1根未加固的對(duì)比梁進(jìn)行抗彎加載試驗(yàn)，對(duì)其受力過(guò)程、破壞形式、承載力、延性和變形情況進(jìn)行了研究。得出結(jié)論：內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力碳纖維筋加固鋼筋混凝土梁能大幅度提高加固梁的開(kāi)裂荷載和極限荷載，有效的延遲裂縫開(kāi)展和控制變形；隨著加固量及初始預(yù)應(yīng)力水平的提高，被加固試件的延性有所降低。

楊勇、謝標(biāo)云等對(duì)3根鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的受彎性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)分析附加錨固件對(duì)加固后鋼筋混凝土梁受力性能的影響。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：表層嵌貼螺紋碳纖維筋受力較為復(fù)雜，應(yīng)力傳遞不是連續(xù)均勻的；附加錨固件對(duì)加固后鋼筋混凝土梁的開(kāi)裂荷載、屈服荷載沒(méi)有影響，對(duì)極限荷載的影響較大。

任振華、曾憲桃、劉漢龍、周豐俊對(duì)采用螺旋肋鋼筋和非預(yù)應(yīng)力的碳纖維筋以不同的組合方式嵌入混凝土梁受拉區(qū)混凝土保護(hù)層中進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。結(jié)果表明：采用以上方法加固的鋼筋混凝土梁的極限承載能力、剛度及抗裂性能均有顯著改善。

淳慶、張洋、潘建伍對(duì)12種嵌入式碳纖維板加固矩形木梁試件的抗彎性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試件包括4根未加固梁和8根嵌入式碳纖維板加固梁，研究嵌入式碳纖維板加固矩形木梁的破壞形式、抗彎承載力和截面應(yīng)變分布。試驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)嵌入式碳纖維板加固后，抗彎承載力相對(duì)于未加固試件明顯提高。松木試件和杉木試件的抗彎承載力提高幅度分別為9.1%～35.1%和19.8%～37.4%，并提出了嵌入式碳纖維板加固松木和杉木矩形木梁抗彎承載力的計(jì)算公式。

王興國(guó)、王文華等在已有的試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用分層法對(duì)內(nèi)嵌CFRP片材加固的RC梁加載過(guò)程中的荷載-撓度關(guān)系進(jìn)行分線(xiàn)性分析，同時(shí)考慮了初始荷載的作用，提出了加固梁的荷載-撓度曲線(xiàn)。

葉良、夏建中通過(guò)對(duì)2根混凝土梁進(jìn)行試驗(yàn)，其中1根內(nèi)嵌CFRP抗彎加固，試驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)嵌CFRP加固的梁，其開(kāi)裂荷載、屈服荷載和極限荷載都有一定程度的提高，采用內(nèi)嵌CFRP加固混凝土梁，加固效果明顯。

鄧?yán)誓?、姬帥、張鵬等通過(guò)對(duì)6根混凝土梁進(jìn)行試驗(yàn)，其中4根內(nèi)嵌CFRP-PCPs加固，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用內(nèi)嵌CFRP-PCPs加固能更好地改善混凝土梁受力性能和變形性能，而且還能解決張拉錨固裝置施工復(fù)雜和造價(jià)高等問(wèn)題。還有，根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范推導(dǎo)出撓度計(jì)算的修正公式，并與試驗(yàn)值對(duì)比，計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合良好。

1.2.3 抗剪加固試驗(yàn)

賈慶扉對(duì)9根表層嵌貼CFRP加固的混凝土梁進(jìn)行抗剪加載試驗(yàn)，主要研究加固梁的破壞形式和斜截面極限承載力。試驗(yàn)結(jié)果表明：在梁側(cè)面嵌貼CFRP板條可以有效地提高無(wú)腹筋混凝土梁的斜截面承載力；通過(guò)對(duì)影響鋼筋混凝土梁斜截面承載力的各種因素進(jìn)行分析，給出了梁側(cè)面發(fā)生CFRP-混凝土保護(hù)層剝離破壞模式時(shí)的斜截面承載力計(jì)算方法。

樊烽和姚諫對(duì)2根對(duì)比梁和5根表層嵌貼CFRP板條的抗剪加固梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)梁考慮了CFRP板間距、CFRP板加固量和箍筋配筋率3個(gè)參數(shù)對(duì)抗剪承載力的影響。研究結(jié)果表明，表層嵌貼CFRP板加固法能有效提高鋼筋混凝土有腹筋梁的抗剪承載力。

2 尚待研究的問(wèn)題

CFRP板嵌入式加固法加固混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以提高其抗彎和抗剪承載力，有效的提高其剛度，充分顯示了CFRP板嵌入式加固技術(shù)的可行性和可靠性。但目前對(duì)這種新加固技術(shù)的研究還有一些不足之處，需進(jìn)一步研究：

1）采用CFRP板嵌入式加固法對(duì)有初始荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固的試驗(yàn)研究較少，研究預(yù)加載對(duì)加固梁受力性能的影響需進(jìn)一步完善。

2）初始荷載作用下，CFRP板嵌入式加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計(jì)算方法還不夠成熟，有待進(jìn)一步研究。

3）目前對(duì)CFRP板嵌入式加固的變形和裂縫方面的研究很少，理論方面計(jì)算撓度和裂縫公式的推導(dǎo)更少。

3 結(jié)語(yǔ)

采用纖維復(fù)合材料加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的研究一直是土木工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外對(duì)采用CFRP板嵌入式加固法的研究已取得了一定的成果，本文較系統(tǒng)的分析和總結(jié)了國(guó)內(nèi)外一些研究成果，分析總結(jié)采用此方法加固的效果及存在的不足，為進(jìn)一步的研究及實(shí)際工程的加固應(yīng)用提供參考，并提出了一些尚待深入研究的問(wèn)題。

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TU756.4+9

A

1673-1093（2015）04-0087-03

梁金福（1982），男，壯族，廣西上林縣人，工程師，碩士研究生，從事工作：工程質(zhì)量檢測(cè)。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.04.020

2015-01-16；

2015-02-01