CFRP 加固鋼筋混凝土梁的研究現狀

程 飛

1 概述

碳纖維復合材料CFRP因具有強度高、施工簡單、質量輕、耐腐蝕等優點被廣泛應用于工程結構加固，尤其是對混凝土梁抗彎承載力的加固。常見的CFRP加固方法主要包括:外貼CFRP法(EB-FRP)、表面內嵌法(NSM)和機械錨固法(MF-FRP)。

CFRP布加固鋼筋混凝土梁最常見的方法是將CFRP布粘貼在鋼筋混凝土梁的受拉一側，稱為外貼法。外貼法的主要工作原理是通過膠結材料將CFRP布與混凝土粘結成為一個整體共同承受荷載的作用，以提高結構的承載能力。外貼CFRP方法可有效提高梁的極限承載力和剛度。但外貼CFRP法加固后易發生剝離破壞，尤其在進行多層粘貼時，破壞形態屬于脆性破壞，降低了加固效果[1]。

表面嵌固法(NSM-FRP)是最近發展的一種FRP加固方法。即在混凝土表面開槽嵌入樹脂后，粘貼FRP片材進行加固。但NSM-FRP方法需要復雜的表面處理，為放置和粘貼FRP需準備合適的槽[2]。此方法的缺點是在施工過程中，鋸片開槽很可能切斷構件鋼筋，因此在開槽技術得不到改進的情況下，表面嵌貼法無法得到廣泛應用。

采用機械連接加固方式，用一種特殊的“槍”把釘子穿過FRP打入混凝土，使FRP片材和混凝土更好協同工作，稱作機械錨固法[3]，然而這種方法只是用于抗剪能力很強的特殊FRP片材，一般的FRP材料很容易發生剪切破壞，即使抗剪能力強的FRP材料仍然存在著劈裂并且使用壽命較短。為了判斷橋梁結構是否出現損傷狀況，且要確定損傷的位置和程度，很多學者構造了各種各樣的用于損傷識別的損傷指標，而柔度差法基于橋梁結構自身的特點被較為廣泛地應用。

2 較優加固方法

卓靜等[4]提出了針對FRP片材的夾具和錨具——波形齒夾具錨，主要由上波形齒板、加勁波形板、下波形齒板和壓緊及鎖定裝置等組成。依靠壓緊及鎖定裝置將FRP片材夾持并錨固于上、下波形齒板及加勁波形板之間。

結果表明，對CFRP布兩端都采用波形齒夾具錨進行錨固后，CFRP布的粘貼層數可達10層，CFRP布的強度可以得到充分的發揮，取得顯著的加固效果。

圖1 錨固件

圖2 加固后梁

圖3 加固端細節

吳宇飛等提出將外貼法與機械錨固法相結合對CFRP布進行錨固的新技術，稱為復合粘結技術。該技術采用一種新型的錨固件(錨固件由1個鋼板和2個錨釘組成)對粘貼在混凝土表面的CFRP布進行錨固。

結果表明，復合粘結技術可以有效地提高粘結強度，使梁的極限承載力得到顯著提高，其中只粘貼2層CFRP布的參考梁發生CFRP布的剝離破壞;粘貼2層和4層CFRP布并進行錨固的梁最終發生CFRP布拉斷破壞。

在吳宇飛的復合粘結技術基礎上，胡程鶴[6]提出新型復合錨固技術，該技術由機械錨固法和外貼纖維布法組成。該機械錨固裝置由螺桿、鋼片、螺母和墊片組成，如圖1，圖2所示。試驗結果表明，采用新方法纖維布最終被拉斷，利用率接近100%，纖維布可粘貼到4層被拉斷。

石昌文[7]為解決纖維布剝離后不能使用的問題提出了一種新的端部錨固方法，即將FRP布兩端纏繞在鐵片上然后用螺栓把鐵片固定于混凝土梁的支座處，如圖3所示。結果表明纖維布雖然剝離仍可依靠兩端錨固繼續承載直至被拉斷，同時延性也得到提高。

3 結語

隨著科學技術飛速發展，各種CFRP加固方式逐步成熟，為工程應用提供諸多方案。根據不同的加固要求，采取有效并盡可能節約成本的加固措施。

[1]Philip A R，David A T，Thomas L.External Reinforcement of Concrete Beam Using Fiber Reinforced Plastics[J].ACI Structural Journal，1991，88(4):490-500.

[2]Hassan T，Rizkalla S.Investigation of bond in concrete structures strengthened with near surface mounted carbon fiber reinforced polymer strips[J].Journal of Composites for Construction，2003，7(3):248-257.

[3]Bank L C.Mechanically fastened FRP(MF-FRP)-Aviable alternative for strengthening RC members[C].Proc，2nd Int.Conf.On FRP Composites in Civil Engineering(CICE)，Adelaide，Australia，2004.

[4]卓 靜，李唐寧.FRP片材波形齒夾具錨的原理[J].土木工程學報，2005，10(38):49-53.

[5]Wu Y F，Hang Y.Hybrid Bonding of FRP to Reinforced Concrete Structures[J].Journal of Composites for Construction，ASCE，2008，12(3):266-273.

[6]胡程鶴.FRP復合錨固技術試驗研究[J].防災減災工程學報，2010，30(3):309-314.

[7]石昌文.新型FRP抗彎加固方法的試驗研究[J].建筑科學與工程學報，2008，28(1):76-82.