CFRP 加固钢筋混凝土梁的研究现状

程 飞

1 概述

碳纤维复合材料CFRP因具有强度高、施工简单、质量轻、耐腐蚀等优点被广泛应用于工程结构加固，尤其是对混凝土梁抗弯承载力的加固。常见的CFRP加固方法主要包括:外贴CFRP法(EB-FRP)、表面内嵌法(NSM)和机械锚固法(MF-FRP)。

CFRP布加固钢筋混凝土梁最常见的方法是将CFRP布粘贴在钢筋混凝土梁的受拉一侧，称为外贴法。外贴法的主要工作原理是通过胶结材料将CFRP布与混凝土粘结成为一个整体共同承受荷载的作用，以提高结构的承载能力。外贴CFRP方法可有效提高梁的极限承载力和刚度。但外贴CFRP法加固后易发生剥离破坏，尤其在进行多层粘贴时，破坏形态属于脆性破坏，降低了加固效果[1]。

表面嵌固法(NSM-FRP)是最近发展的一种FRP加固方法。即在混凝土表面开槽嵌入树脂后，粘贴FRP片材进行加固。但NSM-FRP方法需要复杂的表面处理，为放置和粘贴FRP需准备合适的槽[2]。此方法的缺点是在施工过程中，锯片开槽很可能切断构件钢筋，因此在开槽技术得不到改进的情况下，表面嵌贴法无法得到广泛应用。

采用机械连接加固方式，用一种特殊的“枪”把钉子穿过FRP打入混凝土，使FRP片材和混凝土更好协同工作，称作机械锚固法[3]，然而这种方法只是用于抗剪能力很强的特殊FRP片材，一般的FRP材料很容易发生剪切破坏，即使抗剪能力强的FRP材料仍然存在着劈裂并且使用寿命较短。为了判断桥梁结构是否出现损伤状况，且要确定损伤的位置和程度，很多学者构造了各种各样的用于损伤识别的损伤指标，而柔度差法基于桥梁结构自身的特点被较为广泛地应用。

2 较优加固方法

卓静等[4]提出了针对FRP片材的夹具和锚具——波形齿夹具锚，主要由上波形齿板、加劲波形板、下波形齿板和压紧及锁定装置等组成。依靠压紧及锁定装置将FRP片材夹持并锚固于上、下波形齿板及加劲波形板之间。

结果表明，对CFRP布两端都采用波形齿夹具锚进行锚固后，CFRP布的粘贴层数可达10层，CFRP布的强度可以得到充分的发挥，取得显著的加固效果。

图1 锚固件

图2 加固后梁

图3 加固端细节

吴宇飞等提出将外贴法与机械锚固法相结合对CFRP布进行锚固的新技术，称为复合粘结技术。该技术采用一种新型的锚固件(锚固件由1个钢板和2个锚钉组成)对粘贴在混凝土表面的CFRP布进行锚固。

结果表明，复合粘结技术可以有效地提高粘结强度，使梁的极限承载力得到显著提高，其中只粘贴2层CFRP布的参考梁发生CFRP布的剥离破坏;粘贴2层和4层CFRP布并进行锚固的梁最终发生CFRP布拉断破坏。

在吴宇飞的复合粘结技术基础上，胡程鹤[6]提出新型复合锚固技术，该技术由机械锚固法和外贴纤维布法组成。该机械锚固装置由螺杆、钢片、螺母和垫片组成，如图1，图2所示。试验结果表明，采用新方法纤维布最终被拉断，利用率接近100%，纤维布可粘贴到4层被拉断。

石昌文[7]为解决纤维布剥离后不能使用的问题提出了一种新的端部锚固方法，即将FRP布两端缠绕在铁片上然后用螺栓把铁片固定于混凝土梁的支座处，如图3所示。结果表明纤维布虽然剥离仍可依靠两端锚固继续承载直至被拉断，同时延性也得到提高。

3 结语

随着科学技术飞速发展，各种CFRP加固方式逐步成熟，为工程应用提供诸多方案。根据不同的加固要求，采取有效并尽可能节约成本的加固措施。

[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 静，李唐宁.FRP片材波形齿夹具锚的原理[J].土木工程学报，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]胡程鹤.FRP复合锚固技术试验研究[J].防灾减灾工程学报，2010，30(3):309-314.

[7]石昌文.新型FRP抗弯加固方法的试验研究[J].建筑科学与工程学报，2008，28(1):76-82.