預應力碳纖維板錨具夾持性能試驗研究

廖 陽

（重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074）

預應力碳纖維板錨具夾持性能試驗研究

廖 陽

（重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074）

現代材料科學的進步與發展，研究出可用于替代原始預應力鋼筋的理想材料——碳纖維材料，該材料相較于傳統預應力材料具有耐久性能好、強度高以及高模量等優勢，尤以其在橋梁等大跨度結構體的加固應用中更能體現出非常高的技術價值和經濟效益。預應力碳纖維板的錨固效果，根據錨具選擇的不同所得結果也大相徑庭，本次論文研究，筆者主要針對夾片式錨具，通過對其夾片厚度進行設計，采用試件靜力破壞試驗來分析不同厚度錨具夾片作用下的預應力碳纖維板夾持性能。

0 引言

夾片式錨具以其安裝制作工藝的成熟以及錨固可靠等特點，成為目前國內市場上較為推崇的錨具之一，被廣泛應用于橋梁加固工程中。所謂夾片式錨具是指一種利用夾片與鋼絞線的摩擦阻力錨固原理，設計并應用于預應力碳纖維板加固混凝土結構的夾持裝置，其工作原理是利用錨環與夾片之間存在的維度，利用預應力碳纖維板所受外部荷載，使錨具夾片產生移動并相互擠壓產生摩阻力，即夾持咬合力，由于這種夾持力是在受載作用下產生的，因而屬于被動的夾持力。針對夾片式錨具對預應力碳纖維板夾持性能的影響，為進一步改良優化錨具各項參數提供依據和參考，如何通過相關試驗選擇出最優的夾片厚度參數就成為本次論文研究的重點。

1 已有研究分析

根據相關文獻研究不難發現，針對預應力碳纖維板加固技術，國內外學者已做大量工作，包括Garden和Hollaway等人通過與非預應力加固梁的對比試驗，對跨度為1m和4.5m的受彎梁構件進行預應力碳纖維板加固，分析其加固前后彎曲性能的變化。試驗結果表明：在剝離破壞方面，碳纖維板與非預應力碳纖維板破壞模式相同，與之不同的是碳纖維板的拉斷破壞；隨著預應力的增加，構件的變形逐漸減小，抗彎剛度增強，充分體現了碳纖維的高強性能。國內學者葉列平等人采用自主研發的碳纖維布預應力張拉裝置，對已開裂的梁構件通過施加預應力的方式進行加固，并對試驗過程體現的抗彎性能變化做總結分析。試驗結果表明，該方式有效提升了梁的開裂荷載，使其裂縫寬度和撓度得到有效控制。

針對錨具夾片這一方面所做研究包括有對不同錨具夾片材料以及不同錨具形式下錨固性能的研究。比如，重慶交通大學陳海波對兩種形式碳纖維板錨夾具（波形錨和夾片錨）的錨固性能進行對比研究，在碳纖維板破壞形態方面得到相關實驗結論：波形齒式夾具錨索夾持的碳纖維板破壞得比較充分；夾片式錨具所夾持的碳纖維板是由于劈裂滑移而破壞不充分。從破壞形態上來講，波形齒式夾具錨優于夾片式錨具。同時在錨固效率方面，波形錨同樣優于夾片錨。夾片式錨則具有對后張束鋼材的下料長度要求不嚴，成束方便等優勢，為進一步探究此類錨具對夾持性能的影響，筆者通過對錨具夾片厚度的設置，進行相關靜力破壞試驗來選擇夾片式錨具的最佳夾片厚度。

2 試驗設計與研究

2.1 試驗裝置

本次論文主要圍繞不同厚度錨具夾片對同一型號、同一材質預應力碳纖維板的夾持性能影響。試驗選用預應力碳纖維板規格參數為：寬 50mm、厚 2mm。試驗總共設置三組錨具夾片試件，其材質均為Q345鋼材，試件規格共有三組，分別為MJ-1-0：初始厚度、MJ-1-50：加厚50絲、MJ-1-100：加厚100絲，后文分別以第一、二、三組試件進行表述。

2.2 試驗過程

在靜力張拉試驗準備階段（預頂階段），三組試件的張拉端和固定端均采用勻速加載，每次加載穩定后再進行下一次加載的方式，張拉端和固定端預頂力分別加載至合理數值后持荷一段時間，最后釋放千斤頂卸載。

在靜力張拉試驗的張拉過程中，采用一端錨固，另一端用液壓千斤頂張拉的方式進行。

張拉前先進行預緊裝置，預拉時拉力取10KN，然后采用逐級張拉，拉力分別取抗拉強度標準的 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、75%……，每級張拉后持荷5min左右，觀察無異常后逐級加載。到達抗拉強度75%之后再加載，觀察無異常后再以50 MPa為增量，逐級加載，每級持荷時間為10min。張拉過程中注意讀取應變儀讀數，觀察是否有斷絲聲，通過應變儀采集每個加載階段對應的應變值，加載至出現斷絲狀態持荷直至碳板劈裂，記錄號試驗數據供后期分析研究。

2.3 試驗現象及分析

通過相關靜力張拉試驗，對預應力碳纖維板錨具夾片厚度分別相差0.5mm的三組夾片試件進行夾持性能研究，得到如下幾點試驗現象：

（1）預應力碳纖維板以其自身優勢被廣泛應用于橋梁加固項目中，試驗所選夾片式錨具進行錨固屬于被動錨固方式，其緊壓力主要是由碳纖維板作用于夾片移動產生；

（2）第一組錨具夾片試件在110KN時繼續加載出現斷絲，加載至115.2kN，持荷1min，回到96.2kN，穩定后讀取應變儀讀數，繼續加載直至碳板劈裂。

（3）第二組錨具夾片試件加載至245.2kN時碳板首次出現斷絲現象，加載至260.6kN時出現斷絲，回載到256.2kN；再繼續加載至263kN時斷絲急速出現，然后斷裂。

（4）第三組錨具夾片試件加載至230kN出現響聲，荷載回到223kN，初步評估是由于夾片進一步滑移產生；再次加載，加載至230.7kN，回到228.4kN；持續加載，碳板斷裂。

從以上結果可以看出碳纖維板在張拉過程中，當荷載比較小時，受力分布還是較均勻的；隨著荷載的增大，不均勻性逐漸變大。當荷載比較小時，實測的彈性模量跟理論值也是比較接近的，但是隨著荷載的增大，卻出現了下降的趨勢，導致這種現象的原因是碳板和錨具之間產生了微小的滑移，導致應變的下降。

3 結束語

本文共進行了三組預應力碳纖維板夾片式錨具錨固性能的試驗，通過分析可知：第二組碳纖維板的受力性能和錨固效果最好，第三組次之，第一組的效果最差。但是三組碳纖維板和錨具抗拉強度都能達到一定強度，已可以滿足實際工程的錨固要求，但還應綜合考慮造價和施工簡便等原則。

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1007-6344（2017）02-0344-01

廖陽（1991.08~），男，四川仁壽人，重慶交通大學土木工程學院2014級碩士研究生，結構工程專業