CFRP錨固梁錨固方式及錨固性能綜述

張正海

摘要：CFRP材料作為一種高強、輕質材料，普遍應用于建筑結構加固之中，且取得了較為理想的成果。本文依據現有資料及研究成果，對現在CFRP材料加固混凝土結構中，不同錨固方式以及粘結劑對加固梁力學性能的影響進行系統的闡述，并對其作用機理和需要進一步改善的研究面進行總結，為CFRP材料的研究工作提供一個方向。

關鍵詞：CFRP;結構加固;錨固方式

中圖分類號：TU375.1文獻標識碼：A

引言

上世紀中期，國外房地產行業熱潮開始，一大批混凝土建筑物、構筑物迅速出現，大批橋梁建設項目出現，摩天大樓層出不窮，但隨著時間推移，由于設計圖紙不規范、結構荷載變化、外部混凝土受到環境侵蝕等原因，現有結構無法滿足使用功能。但值得注意的是，由于資金短缺、場地不足、時間不足等原因對現有建筑物、構筑物進行重建并不適宜。因此，對現有結構進行加固，使之達到使用要求，成為當下建筑能夠滿足使用要求的最佳途徑。

CFRP材料具有強度高、質量輕、抗腐蝕、耐疲勞等諸多良好性能，起初主要應用于航空航天工業中，后期在建筑加固方面優勢較大，被普遍應用于混凝土結構加固之中。上世紀末，CFRP材料進入我國，并被普遍應用于建筑結構加固方面。同時，我國學者對CFRP材料進行了一系列的研究，獲得了較多CFRP材料的性能特點。本文對CFRP材料粘貼過程中不同錨固方式及對CFRP加固力學性能的影響進行論述，并對其作用機理進行了探討

1. CFRP材料錨固現狀

CFRP材料本身具有高強、質輕、抗腐蝕等一系列優點，但是，良好的加固效果必須讓加固材料與被加固結構共同工作，因此，保證CFRP材料與混凝土結構之間有良好的粘貼并共同工作成為加固重點。

許哲[1]通過自己設計性能可靠的錨具，使用單面剪切試驗法，分別對黏結劑內嵌 CFRP 板試件、錨具夾持 CFRP 板試件和復合錨固試件與混凝土的黏結錨固性能進行了試驗研究，研究了內嵌錨具夾持 CFRP 板與混凝土的錨固性能，發現破壞形態為錨具齒板與 CFRP 板條的相對滑移破壞和 CFRP 板拉斷破壞，錨具的錨固性能不受混凝土強度等級和錨具間距的影響，在螺栓可承受的扭矩范圍內增大螺栓扭矩、增大錨具數量和使用更大尺寸的錨具，都可獲得更好的錨固性能。付婷婷[2]通過設計了鋼板壓條錨固、 CFRP-U形箍錨固及混雜錨固三種錨固方法對鋼筋混凝土簡支梁進行加固，并與對比梁作比較，通過抗彎試，分析并解釋了CFRP 外貼法加固梁與未加固梁在承載力、跨中撓度、破壞模式等方面的差異;分析并對比了錨固對梁抗彎加固的力學性能影響。試驗結果表明：相較于未加固梁，CFRP 外貼法能夠有效提高梁的極限承載力及剛度;相較于傳統 CFRP 加固法，錨固加固法能顯著提高梁的極限承載力、整體剛度、延性及CFRP 強度利用率，更為有效的發揮 CFRP 作用;通過三種錨固方法的綜合比較，CFRP-U形箍錨固方法更為簡單有效。梁玉國，趙炎，宋麗娟[3]通過10根加固混凝土梁的抗彎試驗，并建立相應的混凝土抗彎承載力模型，從正截面受彎承載力、碳纖維布強度、跨中最大應變、抗剝離機制4個方面研究了低強度混凝土梁在采用不同附加錨固方式時的剝離破壞形態。采取合理的附加錨固措施時，碳纖維布加固低強度混凝土梁的受彎承載力可以大幅度提高，梁側約束鋼板這種附加錨固措施效果最好。研究結論為優化設置附加錨固方式來提高碳纖維布加固效果提供參考依據。

2.CFRP材料加固要求

在混凝土結構加固工程中，結構加固效果與諸多因素有關，如混凝土自身強度，混凝土自身強度較低，加固效果不會理想;同時，加固材料強度符合要求，加固材料強度一般情況下在加固方向應高于混凝土自身強度;最重要的是，應確保混凝土與加固材料能夠共同承受作用，否則會造成加固效果不理想、加固材料浪費、甚至造成結構破壞，影響人民財產安全。

為了使加固效果滿足要求，在選擇合理的粘結劑的情況下，選擇合理的錨固方式極為重要，對于抗彎結構，粘貼完成后應注意在端部進行結構螺栓錨固，抗彎結構進行CFRP材料加固時，若混凝土本身強度足夠，失效模式往往表現為CFRP布端部剝離，因此保證CFRP布端部不發生剝離很重要，選擇合理錨固螺栓個數進行兩端錨固，確保結構不先發生剝離破壞。對于抗剪結構，剪切破壞往往發生在端部縱向，因此，粘貼完成后應注意在端部進行側向CFRP布材側向錨固，預防結構首先發生縱向剪切破壞。對于抗扭結構，扭矩在同截面梁中，扭矩大小全量相同，注意全梁CFRP抗扭粘貼，扭矩在異截面梁中，在截面變化區域進行抗扭加固，在扭矩最大處進行抗扭加固。對于承受混合作用效果的結構，我們應結合其混合作用具體受力情況進行錨固，做到物盡其用，節能環保。具體加固選擇見表1。

3.結論

國內外學者們對CFRP加固混凝土的加固方式及錨固器具進行了一系列的研究，通過設計不同錨固方式對各種錨固方式的錨固效果、作用機理、不足需改進之處進行了一系列的試驗，取得了豐碩的成果。結合各類文獻，我們可以知道CFRP對混凝土的加固效果主要取決于混凝土材料力學性能、CFRP材料力學性能以及兩者是否可以保證共同工作。為確保CFRP對混凝土進行加固的效果達到理想要求，我們需要在以下幾個方面進行一系列的研究工作：

（1）提高混凝土材料自身力學性能。我們可以通過其他手段，在進行CFRP加固之前對混凝土進行結構預加固，如通過高強混凝土外包等方式提高混凝土自身的力學性能。

（2）選擇合適的CFRP材料。不同的CFRP材料力學性能各不相同，在合適部位選擇符合加固要求的CFRP材料尤為重要，即有利于充分利用材料，又有助于節省資金。

（3）選擇合適的粘貼面及粘結劑。混凝土各表面受侵蝕狀況各不相同，進行加固時盡量選擇侵蝕情況較弱的表面，另外，選擇合適的粘結劑可以充分發揮材料性能，強化加固效果。

（4）選擇合理的錨固方式。CFRP材料錨固方法多樣，應依據實際情況進行合理錨固方式，避免錨固方式不恰當造成材料浪費，同時注意不會造成人民財產安全損失。

參考文獻

[1]許哲. 內嵌錨具夾持 CFRP 板與混凝土黏結錨固性能試驗研究[D]. 鄭州：華北水利水電大學， 2020.

[2]付婷婷. 錨固方法對 FRP 抗彎加固梁的力學性能影響研究[D]. 淮南： 安徽理工大學， 2017.

[3]梁玉國， 趙炎， 宋麗娟. 碳纖維布加固低強度混凝土梁不同附加錨固方式試驗研究 [J]. 華北地震科學， 2015， 033（S）： 99-106.

[4]滕錦光. FRP加固混凝土結構 [M]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2005.

[5]董坤， 戟治鵬， 楊松， 等. 端部機械錨固FRP-混凝土黏結界面承載力試驗研究 [J]. 建筑結構學報， 2020， 41（S1）： 399-405.

[6]殷俊鵬. 部分粘貼CFRP加固鋼筋混凝土抗彎構件的延性研究[D]. 淮南： 安徽理工大學， 2017.

安徽理工大學土木建筑學院 安徽 淮南 232001