CFRP预应力筋粘结式锚固系统的抗疲劳性能
CFRP加固钢筋混凝土梁疲劳性能研究综述
材料是决定此加固方法效果的关键，CFRP材料 和专用结构胶的选取直接决定着加固质量。两种不同 材料工作的滞后效应影响着加固结构的工作效率。弹 性模量与强度的比值过低，与钢筋混凝土共同工作时 CFRP的强度得不到重分发挥。另现场施工时还应注 意防火问题。
赵少伟、张晓彬等[3]对 6根大比例的混凝土梁进 行有粘接预应力 CFRP板加固梁试验，发现经预应力 碳纤维板加固的损伤梁疲劳性能与完好梁相近；预先 /%
施加 60%预拉力试件的钢筋应变、裂纹间距及宽度较 部滑移量呈增长趋势；应力水平越高对剪应变沿黏结
40%的试件均有所增大，疲劳性能显著降低；预应力 长度的分布规律及端部滑移情况的影响越明显，剩余
CFRP材料的弹性模量与钢材接近，仅靠粘接力 加固在正常使用状态下碳纤维未能充分利用、对试件 的受力性能无显著改善作用且主要以粘结界面失效 而破坏。采用不同的加固方式可有效改善加固梁的受 力性能。
易正翔、李昂等[2]通过不同孔径及孔距 CFRP板 条混凝土梁的拉拔试件(6个外贴式，6个内嵌式)研究 了开孔 CFRP板条与混凝土粘接性能。结果表明： CFRP板条开孔可以显著增加 CFRP与混凝土粘结界 面的延性；任何形式的开孔 CFRP板条组合界面的粘 接强度均明显提高；在一定范围内，随着 CFRP板条 开孔直径的增大，组合界面的粘接强度逐步增加；小 距离开孔对粘接效果的提高仅在一定范围内有效。
①预应力 CFRP加固梁可极大地提高试验梁的 服役寿命，采用预应力锚具在两端进行可靠锚固，还 能避免碳纤维片材与钢梁表明过早发生剥离破坏。可 见预应力碳纤维加固在结构加固中具有较好的应用 前景。
不同胶层厚度条件下CFRP-混凝土粘结界面的疲劳性能
不同胶层厚度条件下CFRP-混凝土粘结界面的疲劳性能李树霖;王博【摘要】通过素混凝土双剪切试验模型，用能量的观点来研究胶层厚度对外贴CFRP-混凝土界面疲劳性能的影响。
研究结果表明：胶层厚度的增加对 CFRP-混凝土粘结界面的刚度退化和疲劳损伤的累积都起到抑制作用，且胶层厚度对CFRP-混凝土界面疲劳损伤速率有着明显的影响；试件试验粘结区CFRP-混凝土粘结界面自由端的最大滑移量随胶层厚度的增加而减小。
%From the view of the energy to study how the adhesive thickness influences the fatigue performance of externally bonded CFRP-concrete interfaces,the conclusion can be drawn as follows:The increase in adhesive thickness has a good effect on the stiffness of the CFRP-concrete bonding interface and fatigue damage accumulation is re-strained,i.e.,the adhesive thickness has a significant impact on the rate of fatigue dam-age of CFRP-concrete interface.The maximum slip test bonding area of the CFRP-con-crete bonding surface tension decreases with the increase of the adhesive thickness.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P51-54,71)【关键词】胶层厚度;疲劳性能;滑移;滞回环【作者】李树霖;王博【作者单位】长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙 410004;湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008【正文语种】中文【中图分类】U446.1;O346.1自20世纪40年代以来，纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，简称为FRP）被广泛地应用于航空、船舶、汽车、化工、医学及机械等工业领域。
CFRP筋夹板式锚具锚固性能试验研究
第29卷第8期 V ol.29 No.8 工 程 力 学 2012年 8 月 Aug. 2012 ENGINEERING MECHANICS172———————————————收稿日期：2010-11-08；修改日期：2011-02-20基金项目：国家自然科学基金项目(51006133，51178197)；厦门市科技计划项目(3502Z20093029)；福建省科技重大项目(2011y4008) 通讯作者：郭子雄(1967―)，男(回族)，福建惠安人，教授，博士，院长，主要从事工程结构抗震防灾的研究(E-mail: guozxcy@). 文章编号：1000-4750(2012)08-0172-08筋夹板式锚具锚固性能试验研究叶 勇，郭子雄(华侨大学土木工程学院，福建，泉州 362021)摘 要：设计了一种CFRP 筋夹板式锚具，通过对40个CFRP 筋-锚具组装件的拉拔试验，研究了锚固长度、螺栓预紧力、螺栓数量和CFRP 筋表面处理等对锚具锚固性能的影响。
试验结果表明：试件的破坏形态包括CFRP 筋的滑移、断裂和拉脱三种，试件达到极限荷载时的滑移量较小。
增加锚固长度、螺栓总预紧力、螺栓数量以及对CFRP 筋表面打磨处理均可在一定范围内提高锚具试件的极限荷载。
通过合理控制上述参数，可以使锚具发挥良好的锚固性能，满足实际使用要求。
该文给出了CFRP 筋夹板式锚具合理的构造和螺栓预紧力值。
在试验研究基础上，分析了CFRP 筋夹板式锚具的锚固作用机理，建立考虑锚固长度、螺栓预紧力和螺栓数量的CFRP 筋-锚具界面平均摩擦系数模型，并提出夹板式锚具的极限荷载计算公式，与试验结果吻合良好，具有较好的适用性。
关键词：碳纤维筋；夹板式锚具；拉拔试验；锚固性能；荷载-滑移关系中图分类号：TU502.6 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0806EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE PERFORMANCE OF CLAMPINGANCHORS FOR CFRP RODSYE Yong , GUO Zi-xiong(College of Civil Engineering, Huaqiao University, Quanzhou, Fujian 362021, China)Abstract: A series of 40 pull-out tests were carried out to study the anchorage performance of a new type of clamping anchor for CFRP rods. The various variables included the bonded length, the pre-tightening forces and number of bolts, and the surface treatment of CFRP rod. There were three types of failure modes observed in the tests, namely fracture, slip and pullout of CFRP rod, respectively. Slight slip was measured when the ultimate load of specimen was reached. Test results show that increasing the bonded length, pre-tightening forces or number of bolts leads to a higher ultimate load, and so does rod-surface rubbing. Suitable size of the clamping anchor and pre-tightening forces of bolts are proposed. The anchorage mechanism of the clamping anchor is analyzed, and a model to predict the ultimate capacity of specimen is put forward based on the test results. The calculated results are in good agreement with the test ones.Key words: CFRP rods; clamping anchor; pull-out test; anchorage performance; load-slip relation碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer ，简称CFRP)筋具有轻质高强、抗疲劳性能好、耐腐蚀等优点，在新建工程和加固工程中应用广泛[1]。
碳纤维预应力筋及拉索锚固系统的试验研究和理论分析
碳纤维预应力筋及拉索锚固系统的试验研究和理论分析由于高级复合材料-碳纤维增强塑料CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastics)筋或拉索是一种横观各向同性材料,其抗剪强度与抗拉强度之比较低,导致传统的预应力筋或拉索锚具不再适用于CFRP预应力筋或拉索,否则将会由于抗剪强度过低而导致过早失效。
因此,若在预应力混凝土或拉索结构中应用CFRP预应力筋或拉索,必须研制适合CFRP预应力筋或拉索的锚固系统。
目前有关CFRP预应力筋或拉索锚固系统的系统研究成果及其应用仍较少,为了使其研究成果进一步完善,应用范围进一步扩大,对CFRP预应力筋及拉索的锚固系统进行系统研究具有重要的实用价值和理论意义。
本文依托国家自然科学基金资助项目和教育部优秀青年教师资助基金对CFRP预应力筋及拉索的锚固系统进行了系列的试验研究和理论分析。
主要的研究内容及其相应的研究成果如下:(1)开发了一种新的CFRP筋粘结式锚具,即采用活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)作为粘结介质的粘结式锚具。
静载试验详细研究了CFRP筋在RPC中的锚固性能,试验参数包括CFRP筋的表面形状、预张拉力、锚固长度、根数、间距以及套筒内壁倾角等。
试验结果表明,对于抗拉强度不大于3000MPa的表面压纹CFRP筋,RPC抗压强度不小于130MPa,普通粘结试件的临界锚固长度为20倍筋材直径;对于预张拉粘结试件,当预张比为56%时,锚固系统具有最短临界锚固长度,为13倍筋材直径。
根据试验结果,建立了平均粘结强度、平均粘结强度对应的滑移量、临界锚固长度以及粘结滑移本构模型,并验证了其适用性。
(2)通过试验研究得到了CFRP筋在RPC中粘结应力沿埋长分布的实测曲线,并建立了粘结应力沿埋长分布的位置函数的计算式。
在试验研究的基础上,从粘结锚固性能的平衡方程、变形方程以及本构方程出发,推导了粘结应力、CFRP筋轴向应力、滑移量以及位置函数等锚固变量沿锚长分布的理论计算公式。
CFRP加固混凝土结构的优点及施工技术要素
CFRP加固混凝土结构的优点及施工技术要素摘要：目前，纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Plastic，简称FRP）用于加固混凝土结构的技术已经日渐成熟。
FRP材料主要有：碳纤维增强塑料（CFRP）、玻璃纤维增强塑料（GFRP）和芳纶纤维增强塑料（AFRP）。
CFRP 除了具有自重轻、强度高、还具有良好的耐腐蚀性能，因此在加固和修复混凝土结构工程领域有着广泛的应用前景，然而CFRP加固混凝土结构还面临着很多的技术性难题有待研究。
由于作者近两年接触了较多房屋加固工程，如广州市知用中学教学楼项目、广州卫生学校学生宿舍楼项目，都采用到了CFRP加固混凝土结构的技术，然而施工员的技术水平。
作者为了进步了解CFRP加固混凝土结构的技术，查阅了大量的资料，将作者对CFRP技术的思考和理解总结于下文。
关键词：碳纤维增强复合材料（CFRP）;（CFRP）力学性能;混凝土结构Abstract: In the past two years, the author contact with the reinforcement of more housing, such as Guangzhou City to know the middle school project, the Guangzhou Health School student dormitory project, it all used to the technology of CFRP reinforced concrete structures, however, construction members of the technical level. Of CFRP reinforced concrete structures technology in order to progress to understand, access to large amounts of data are summarized in the following of thinking and understanding of CFRP.Key words: carbon fiber reinforced composite materials (CFRP); (CFRP) mechanical properties; concrete structures一、CFRP纤维材料混凝土加固技术现状CFRP纤维材料通常加固钢筋混凝土结构的方法是将它粘贴在混凝土的表面，通过树脂将CFRP纤维材料与混凝土有效的粘结以实现它们之间传递受力的作用。
梯度锚固预应力 NSM CFRP 加固 RC 梁静力及疲劳性能研究
梯度锚固预应力 NSM CFRP 加固 RC 梁静力及疲劳性能研究作者：龚爽彭晖粟淼张建仁钟卿瑜来源：《湖南大学学报·自然科学版》2022年第01期摘要：针对表层嵌贴预应力 CFRP加固梁因黏结端部应力集中导致混凝土保护层易剥离破坏的问题，提出了在 CFRP 端部设置梯度预应力的构造措施，并通过构件试验系统研究了梯度锚固预应力 CFRP加固梁的静载和疲劳性能.试验结果表明：在静力荷载作用下，梯度锚固预应力 CFRP加固梁极限荷载较普通表层嵌贴预应力 CFRP加固梁最大提高35.06%，破坏模式由端部保护层剥离破坏转变为保护层剥离与 CFRP 断裂复合破坏，梯度锚固预应力 CFRP加固显著提高了 RC 梁的静载性能，且有明显的黏结应力峰值传递现象;疲劳荷载下梯度锚固预应力加固梁的疲劳寿命也较普通嵌贴加固梁显著提高，且疲劳破坏模式由端部保护层剥离转变为纵向受拉钢筋疲劳断裂;梯度锚固预应力构造显著增强了加固梁抵抗剥离破坏发生的能力，提高了加固梁疲劳性能.关键词：表层嵌贴;CFRP;梯度锚固;静力性能;疲劳性能中图分类号：U447 文献标志码：AStudy on Monotonic and Fatigue Behavior of RC Beams Strengthened with Gradually Anchored Prestressed NSM CFRPGONG Shuang1，PENG Hui1，2†，SU Miao1，ZHANG Jianren1，2，ZHONG Qingyu1（1. School of Civil Engineering，Changsha University of Science & Technology，Changsha 410114，China;2. Key Laboratory of Bridge Engineering Safety Control by Department of Education （Changsha Universityof Science & Technology），Changsha 410114，China）Abstract：The existing studies show that reinforced concrete beams strengthened with prestressed near-surface mounted （NSM） CFRP are easy to fail by concrete cover separation due to the stress concentration at the bonded end of CFRP. In this paper， the construction details of applying gradient prestress at the end of CFRP were proposed， and a series of experiments were carried out to study the load-carrying behavior of the strengthened beams under static and fatigue loads. The test results show that under static load， the ultimate load of beams strengthened with gradually anchored prestressed NSM CFRP was increased up to 35.06%， compared with the beam strengthened with prestressed NSM CFRP. And the failure mode was changed from the concrete cover separation at bonded end into the combined failure of the concrete cover and CFRP fracture. These indicate that the strengthen method with gradually anchored prestressed NSM CFRP can significantly improve the monotonic behavior of beams， and there is an obvious bond stress peak transfer phenomenon. In addition， the fatigue life of beams strengthened with gradually anchored prestressed NSM CFRP was significantly increased， and the fatigue failure mode is changed from the concrete cover separation to the fatigue fracture of longitudinal steel bars . The details of applying gradient prestress enhances the ability of strengthened beams to resist the failure of end concrete cover， and thus improves the fatigue performance.Key words：near-surface-mounted（NSM ）;CFRP;gradually anchored;static behavior;fatigue behavior纖维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer， FRP ）具备轻质、高强、耐腐蚀和耐疲劳性好等优异性能，已被广泛应用于桥梁和建筑等工程结构的加固及新建工程中，其中碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP ）强度较高，在混凝土结构加固中应用最为广泛[1-2].为提高 FRP 材料强度利用率，Triantafillou 等[3]对 FRP 材料施加预应力，并提出了在保证预应力体系不发生锚固破坏条件下最大预应力水平的分析模型;叶列平等[4]研发了CFRP 布预应力张拉设备，进行了预应力 CFRP 布外贴加固受弯梁的试验研究，证实了对CFRP 布施加预应力能有效提高加固梁的承载力，减小梁的挠度和裂缝宽度.为改善外贴预应力FRP 加固易发生 FRP 剥离的不足并省去 FRP 永久锚具，国内外学者将预应力 FRP 加固技术与表层嵌贴（ Near Surface Mounted，NSM ）技术[5-6]相结合，对 FRP 先施加预应力，再嵌入到被加固结构的混凝土保护层内预先开好的槽中，并填入环氧树脂将 FRP 黏结于混凝土上.嵌贴方式显著扩大了 FRP 与混凝土的黏结面积从而提高了两者之间的黏结能力，从而单靠嵌贴FRP-混凝土之间的黏结能力即可实现对预应力 FRP 的锚固，无需设置较昂贵的 CFRP 专门锚具，降低了加固成本.已有的试验研究表明[7-9]：表层嵌贴预应力 FRP 加固显著提高了受弯构件的承载性能，有效抑制了外贴预应力 FRP 加固中经常出现的近跨中剥离，在技术效果和经济性方面具有独特优势，有望在中小跨度的混凝土结构中得到广泛应用.但另一方面，外贴和表层嵌贴 FRP 加固混凝土梁都容易出现黏结端部混凝土保护层剥离现象，这是因为 FRP 端部位置截面存在刚度突变，荷载作用下会产生较大应力集中.滕锦光等[10-11]提出了适用于 NSM FRP 加固梁保护层剥离破坏的强度模型，并验证了其良好的预测性能;Rezazadeh 等[12]针对端部保护层剥离破坏，假设了预应力 FRP 端部断面形状，并提出用抵抗黏结长度来衡量抵抗剥离破坏的能力.嵌贴 FRP 被施加预应力后端部混凝土保护层剥离破坏现象更易出现[13-14]，并可能导致加固梁过早破坏.预应力由嵌贴 FRP 向混凝土传递时会在其黏结端部出现应力集中，加上荷载在此处引起的黏结应力，嵌贴 FRP 端部截面的混凝土保护层更容易发生剥离.为延缓或避免预应力 CFRP 加固梁发生端部混凝土保护层剥离破坏，Motavalli等[15-16]提出了“梯度预应力”概念，通过分级放张的方式人为增加预应力传递长度，减小传递长度内的应力集中;研制了用于外贴预应力 CFRP 板加固实现梯度预应力的树脂快速固化设备和放张设备，但由于设备较昂贵且使用复杂，该技术并未得到广泛应用.嵌贴 CFRP 的构造及工艺使得在 CFRP-混凝土间二次或多次填充树脂简单方便，运用本课题组研发的碳纤维锚具、温控养护设备和加固流程，并结合已有实桥加固经验，将梯度预应力与表层嵌贴加固技术相结合，有利于发挥两者的各自优势，在实际工程中有一定的可行性和应用前景.因此，本文通过静载试验研究了梯度预应力设置方式对加固梁静力性能的影响，通过疲劳试验研究了梯度预应力和疲劳上限荷载对加固梁疲劳性能的影响.1研究方案1.1梯度锚固预应力构造梯度锚固预应力是指通过分段放张预应力的方式使梁两端 CFRP 预应力在一定长度区段内呈梯度减小.较一般预应力加固不同，梯度锚固将放张端部的预应力（∆σ）拆分为数段，使端部 CFRP 预应力与挠度和弯矩呈相似的变化趋势，减小端部预应力差及对混凝土保护层的拉应力，并设置无预应力黏结段（0 MPa）以提供黏结锚具的作用，提高加固梁的变形协调性和受力性能，如图1所示.梯度锚固预应力的施工工艺分为以下步骤：1）在加固区预制或开设凹槽并清理凹槽;2）嵌入 CFRP板条，张拉预应力并在跨中段填入黏结剂，室温下養护5～7 d;3）该段养护完成后，将预应力放张至设计梯度，填入黏结剂并养护;4）重复步骤3）至完成所有梯度设置.施工过程中，CFRP预应力以张拉端力传感器的力控为主，CFRP 的应变控制为辅，施工过程中未发现明显的预应力损失.试验中施加梯度锚固预应力的装置如图2所示.以梯度锚固预应力梁 PS-LⅢ为例，具体步骤为：1）将开槽后的试验梁放置于台座内;2）嵌入 CFRP板条，使用千斤顶张拉1000 MPa预应力，在跨中2300 mm 长度内填入黏结剂后室温养护;3）1000 MPa 段养护完成，降低预应力至500 MPa，在1000 MPa两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;4）500 MPa段养护完成，降低预应力至0 MPa，在500 MPa 两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;5）养护后，梯度锚固预应力完成.1.2试件设计本文共设计了10片表层嵌贴预应力 CFRP加固梁，其中4片试验梁用于研究不同端部梯度预应力设置对加固梁静力性能的影响;6片试验梁用于研究梯度锚固预应力对加固梁疲劳性能的影响.以梁 PS-L0的静力极限承载力作为疲劳加载依据，设置疲劳加载试件的荷载上限分别为梁 PS-L0极限荷载的50%、60%和70%，疲劳下限为荷载上限的20%.具体试件设计如表1所示，试件编号中 P代表预应力加固，S 为静载梁，F 为疲劳梁，后接数字代表疲劳荷载上限与梁 PS-L0极限荷载的比值;I 表示预应力为500 MPa 的黏结段，Ⅱ表示预应力为0 MPa 的黏结段，Ⅲ表示预应力为500 MPa 与0 MPa 的组合段，U 表示设置 U 型箍，上述端部处置方式的长度均为300 mm，其中Ⅲ为500 MPa 与0 MPa 各150 mm 的组合.U 型箍由3道宽度100 mm 单层外贴 CFRP 布组成.梁全长3500 mm，净跨径3300 mm，截面尺寸160 mm×350 mm;混凝土强度等级为C40，采用一批次浇筑，在标准养护条件下养护28 d;配置216受拉钢筋，纵筋配筋率0.72%，箍筋通长布置8@100;梁底预设两条中心距65 mm、尺寸15 mm×20 mm 的通长凹槽，槽内嵌贴2条预应力 CFRP 板条. CFRP 采用Dextra公司生产的 ASTEC CT124-2型矩形截面板条，截面尺寸2 mm×16 mm.已有研究表明，CFRP 预应力水平宜取其拉伸强度的40%～50%，这样既充分发挥其材料性能又保有足够剩余变形能力以保证加固结构延性，因此本文试验取 CFRP 预应力为1000 MPa （约40%拉伸强度）.黏结剂采用 Sikadur-30CN 环氧树脂，双组份按3∶1（质量比）比例混合，黏结剂拌合填充后在室温下养护.各材料的力学性能如表2所示.1.3试验加载方案及量测内容试验采用四点弯曲加载，如图3所示，纯弯段长度为1000 mm，剪弯段长度为1150 mm.静载试验采用5 kN为级差的加载制度分级加载，每级荷载下测定挠度与应变数值.疲劳试验时先静力加载至疲劳上限荷载，记录数据后卸载至0，再按正弦进行疲劳加载，加载频率为3 Hz;在疲劳循环次数分别达到1、5、10、25及以后每25万次时停机，静载至疲劳上限并记录相应的挠度与应变变化.卸载后继续疲劳加载，图4为一个疲劳加载周期的示意图.测试内容包括：特征荷载、挠度、裂缝发展趋势、混凝土压应变、受拉钢筋和 CFRP 应变.在梁跨中、加载点、梯度段起点及支座处安装百分表测量梁挠度值，在梁跨中截面的受拉钢筋、混凝土表面粘贴电阻应变片以量测应变.其中，CFRP 应变片主要布置于梯度预应力段，纯弯段与弯剪段布置较稀，每根 CFRP 板条沿长度方向约布置14个应变片，加载前将所有应变数据平衡清零，人工测绘裂缝.但另一方面，外贴和表层嵌贴 FRP 加固混凝土梁都容易出现黏结端部混凝土保护层剥离现象，这是因为 FRP 端部位置截面存在刚度突变，荷载作用下会产生较大应力集中.滕锦光等[10-11]提出了适用于 NSM FRP 加固梁保护层剥离破坏的强度模型，并验证了其良好的预测性能;Rezazadeh 等[12]针对端部保护层剥离破坏，假设了预应力 FRP 端部断面形状，并提出用抵抗黏结长度来衡量抵抗剥离破坏的能力.嵌贴 FRP 被施加预应力后端部混凝土保护层剥离破坏现象更易出现[13-14]，并可能导致加固梁过早破坏.预应力由嵌贴 FRP 向混凝土传递时会在其黏结端部出现应力集中，加上荷载在此处引起的黏结应力，嵌贴 FRP 端部截面的混凝土保护层更容易发生剥离.为延缓或避免预应力 CFRP 加固梁发生端部混凝土保护层剥离破坏，Motavalli等[15-16]提出了“梯度预应力”概念，通过分级放张的方式人为增加预应力传递长度，减小传递长度内的应力集中;研制了用于外贴预应力 CFRP 板加固实现梯度预应力的树脂快速固化设备和放张设备，但由于设备较昂贵且使用复杂，该技术并未得到广泛应用.嵌贴 CFRP的构造及工艺使得在 CFRP-混凝土间二次或多次填充树脂简单方便，运用本课题组研发的碳纤维锚具、温控养护设备和加固流程，并结合已有实桥加固经验，将梯度预应力与表层嵌贴加固技术相结合，有利于发挥两者的各自优势，在实际工程中有一定的可行性和应用前景.因此，本文通过静载试验研究了梯度预应力设置方式对加固梁静力性能的影响，通过疲劳试验研究了梯度预应力和疲劳上限荷载对加固梁疲劳性能的影响.1研究方案1.1梯度锚固预应力构造梯度锚固预应力是指通过分段放张预应力的方式使梁两端 CFRP 预应力在一定长度区段内呈梯度减小.较一般预应力加固不同，梯度锚固将放张端部的预应力（∆σ）拆分为数段，使端部 CFRP 预应力与挠度和弯矩呈相似的变化趋势，减小端部预应力差及对混凝土保护层的拉应力，并设置无预应力黏结段（0 MPa）以提供黏结锚具的作用，提高加固梁的变形协调性和受力性能，如图1所示.梯度锚固预应力的施工工艺分为以下步骤：1）在加固区预制或开设凹槽并清理凹槽;2）嵌入 CFRP板条，张拉预应力并在跨中段填入黏结剂，室温下养护5～7 d;3）该段养护完成后，将预应力放张至设计梯度，填入黏结剂并养护;4）重复步骤3）至完成所有梯度设置.施工过程中，CFRP预应力以张拉端力传感器的力控为主，CFRP 的应变控制为辅，施工过程中未发现明显的预应力损失.试验中施加梯度锚固预应力的装置如图2所示.以梯度锚固预应力梁 PS-LⅢ为例，具体步骤为：1）将开槽后的试验梁放置于台座内;2）嵌入 CFRP板条，使用千斤顶张拉1000 MPa预应力，在跨中2300 mm 长度内填入黏结剂后室温养护;3）1000 MPa 段养护完成，降低预应力至500 MPa，在1000 MPa两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;4）500 MPa段养护完成，降低预应力至0 MPa，在500 MPa 两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;5）养护后，梯度锚固预应力完成.1.2试件设计本文共设计了10片表层嵌贴预应力 CFRP加固梁，其中4片试验梁用于研究不同端部梯度预应力设置对加固梁静力性能的影响;6片试验梁用于研究梯度锚固预应力对加固梁疲劳性能的影响.以梁 PS-L0的静力极限承载力作为疲劳加载依据，设置疲劳加载试件的荷载上限分别为梁 PS-L0极限荷载的50%、60%和70%，疲劳下限为荷载上限的20%.具体试件设计如表1所示，试件编号中 P代表预应力加固，S 为静载梁，F 为疲劳梁，后接数字代表疲劳荷载上限与梁 PS-L0极限荷载的比值;I 表示预应力为500 MPa 的黏結段，Ⅱ表示预应力为0 MPa 的黏结段，Ⅲ表示预应力为500 MPa 与0 MPa 的组合段，U 表示设置 U 型箍，上述端部处置方式的长度均为300 mm，其中Ⅲ为500 MPa 与0 MPa 各150 mm 的组合.U 型箍由3道宽度100 mm 单层外贴 CFRP 布组成.梁全长3500 mm，净跨径3300 mm，截面尺寸160 mm×350 mm;混凝土强度等级为C40，采用一批次浇筑，在标准养护条件下养护28 d;配置216受拉钢筋，纵筋配筋率0.72%，箍筋通长布置8@100;梁底预设两条中心距65 mm、尺寸15 mm×20 mm 的通长凹槽，槽内嵌贴2条预应力 CFRP 板条. CFRP 采用Dextra公司生产的 ASTEC CT124-2型矩形截面板条，截面尺寸2 mm×16 mm.已有研究表明，CFRP 预应力水平宜取其拉伸强度的40%～50%，这样既充分发挥其材料性能又保有足够剩余变形能力以保证加固结构延性，因此本文试验取 CFRP 预应力为1000 MPa （约40%拉伸强度）.黏结剂采用 Sikadur-30CN 环氧树脂，双组份按3∶1（质量比）比例混合，黏结剂拌合填充后在室温下养护.各材料的力学性能如表2所示.1.3试验加载方案及量测内容试验采用四点弯曲加载，如图3所示，纯弯段长度为1000 mm，剪弯段长度为1150 mm.静载试验采用5 kN为级差的加载制度分级加载，每级荷载下测定挠度与应变数值.疲劳试验时先静力加载至疲劳上限荷载，记录数据后卸载至0，再按正弦进行疲劳加载，加载频率为3 Hz;在疲劳循环次数分别达到1、5、10、25及以后每25万次时停机，静载至疲劳上限并记录相应的挠度与应变变化.卸载后继续疲劳加载，图4为一个疲劳加载周期的示意图.测试内容包括：特征荷载、挠度、裂缝发展趋势、混凝土压应变、受拉钢筋和 CFRP 应变.在梁跨中、加载点、梯度段起点及支座处安装百分表测量梁挠度值，在梁跨中截面的受拉钢筋、混凝土表面粘贴电阻应变片以量测应变.其中，CFRP 应变片主要布置于梯度预应力段，纯弯段与弯剪段布置较稀，每根 CFRP 板条沿长度方向约布置14个应变片，加载前将所有应变数据平衡清零，人工测绘裂缝.但另一方面，外贴和表层嵌贴 FRP 加固混凝土梁都容易出现黏结端部混凝土保护层剥离现象，这是因为 FRP 端部位置截面存在刚度突变，荷载作用下会产生较大应力集中.滕锦光等[10-11]提出了适用于 NSM FRP 加固梁保护层剥离破坏的强度模型，并验证了其良好的预测性能;Rezazadeh 等[12]针对端部保护层剥离破坏，假设了预应力 FRP 端部断面形状，并提出用抵抗黏结长度来衡量抵抗剥离破坏的能力.嵌贴 FRP 被施加预应力后端部混凝土保护层剥离破坏现象更易出现[13-14]，并可能导致加固梁过早破坏.预应力由嵌贴 FRP 向混凝土传递时会在其黏结端部出现应力集中，加上荷载在此处引起的黏结应力，嵌贴 FRP 端部截面的混凝土保护层更容易发生剥离.为延缓或避免预应力 CFRP 加固梁发生端部混凝土保护层剥离破坏，Motavalli等[15-16]提出了“梯度预应力”概念，通过分级放张的方式人为增加预应力传递长度，减小传递长度内的应力集中;研制了用于外贴预应力 CFRP 板加固实现梯度预应力的树脂快速固化设备和放张设备，但由于设备较昂贵且使用复杂，该技术并未得到广泛应用.嵌贴 CFRP的构造及工艺使得在 CFRP-混凝土间二次或多次填充树脂简单方便，运用本课题组研发的碳纤维锚具、温控养护设备和加固流程，并结合已有实桥加固经验，将梯度预应力与表层嵌贴加固技术相结合，有利于发挥两者的各自优势，在实际工程中有一定的可行性和应用前景.因此，本文通过静载试验研究了梯度預应力设置方式对加固梁静力性能的影响，通过疲劳试验研究了梯度预应力和疲劳上限荷载对加固梁疲劳性能的影响.1研究方案1.1梯度锚固预应力构造梯度锚固预应力是指通过分段放张预应力的方式使梁两端 CFRP 预应力在一定长度区段内呈梯度减小.较一般预应力加固不同，梯度锚固将放张端部的预应力（∆σ）拆分为数段，使端部 CFRP 预应力与挠度和弯矩呈相似的变化趋势，减小端部预应力差及对混凝土保护层的拉应力，并设置无预应力黏结段（0 MPa）以提供黏结锚具的作用，提高加固梁的变形协调性和受力性能，如图1所示.梯度锚固预应力的施工工艺分为以下步骤：1）在加固区预制或开设凹槽并清理凹槽;2）嵌入 CFRP板条，张拉预应力并在跨中段填入黏结剂，室温下养护5～7 d;3）该段养护完成后，将预应力放张至设计梯度，填入黏结剂并养护;4）重复步骤3）至完成所有梯度设置.施工过程中，CFRP预应力以张拉端力传感器的力控为主，CFRP 的应变控制为辅，施工过程中未发现明显的预应力损失.试验中施加梯度锚固预应力的装置如图2所示.以梯度锚固预应力梁 PS-LⅢ为例，具体步骤为：1）将开槽后的试验梁放置于台座内;2）嵌入 CFRP板条，使用千斤顶张拉1000 MPa预应力，在跨中2300 mm 长度内填入黏结剂后室温养护;3）1000 MPa 段养护完成，降低预应力至500 MPa，在1000 MPa两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;4）500 MPa段养护完成，降低预应力至0 MPa，在500 MPa 两端各150 mm 区段填入黏结剂并养护;5）养护后，梯度锚固预应力完成.1.2试件设计本文共设计了10片表层嵌贴预应力 CFRP加固梁，其中4片试验梁用于研究不同端部梯度预应力设置对加固梁静力性能的影响;6片试验梁用于研究梯度锚固预应力对加固梁疲劳性能的影响.以梁 PS-L0的静力极限承载力作为疲劳加载依据，设置疲劳加载试件的荷载上限分别为梁 PS-L0极限荷载的50%、60%和70%，疲劳下限为荷载上限的20%.具体试件设计如表1所示，试件编号中 P代表预应力加固，S 为静载梁，F 为疲劳梁，后接数字代表疲劳荷载上限与梁 PS-L0极限荷载的比值;I 表示预应力为500 MPa 的黏结段，Ⅱ表示预应力为0 MPa 的黏结段，Ⅲ表示预应力为500 MPa 与0 MPa 的组合段，U 表示设置 U 型箍，上述端部处置方式的长度均为300 mm，其中Ⅲ为500 MPa 与0 MPa 各150 mm 的组合.U 型箍由3道宽度100 mm 单层外贴 CFRP 布组成.梁全长3500 mm，净跨径3300 mm，截面尺寸160 mm×350 mm;混凝土强度等级为C40，采用一批次浇筑，在标准养护条件下养护28 d;配置216受拉钢筋，纵筋配筋率0.72%，箍筋通长布置8@100;梁底预设两条中心距65 mm、尺寸15 mm×20 mm 的通长凹槽，槽内嵌贴2条预应力 CFRP 板条. CFRP 采用Dextra公司生产的 ASTEC CT124-2型矩形截面板条，截面尺寸2 mm×16 mm.已有研究表明，CFRP 预应力水平宜取其拉伸强度的40%～50%，这样既充分发挥其材料性能又保有足够剩余变形能力以保证加固结构延性，因此本文试验取 CFRP 预应力为1000 MPa （约40%拉伸强度）.黏结剂采用 Sikadur-30CN 环氧树脂，双组份按3∶1（质量比）比例混合，黏结剂拌合填充后在室温下养护.各材料的力学性能如表2所示.1.3试验加载方案及量测内容试验采用四点弯曲加载，如图3所示，纯弯段长度为1000 mm，剪弯段长度为1150 mm.静载试验采用5 kN为级差的加载制度分级加载，每级荷载下测定挠度与应变数值.疲劳试验时先静力加载至疲劳上限荷载，记录数据后卸载至0，再按正弦进行疲劳加载，加载频率为3 Hz;在疲劳循环次数分别达到1、5、10、25及以后每25万次时停机，静载至疲劳上限并记录相应的挠度与应变变化.卸载后继续疲劳加载，图4为一个疲劳加载周期的示意图.测试内容包括：特征荷载、挠度、裂缝发展趋势、混凝土压应变、受拉钢筋和 CFRP 应变.在梁跨中、加载点、梯度段起点及支座处安装百分表测量梁挠度值，在梁跨中截面的受拉钢筋、混凝土表面粘贴电阻应变片以量测应变.其中，CFRP 应变片主要布置于梯度预应力段，纯弯段与弯剪段布置较稀，每根 CFRP 板条沿长度方向约布置14个应变片，加载前将所有应变数据平衡清零，人工测绘裂缝.但另一方面，外贴和表层嵌贴 FRP 加固混凝土梁都容易出现黏结端部混凝土保护层剥离现象，这是因为 FRP 端部位置截面存在刚度突变，荷载作用下会产生较大应力集中.滕锦光等[10-11]提出了适用于 NSM FRP 加固梁保护层剥离破坏的强度模型，并验证了其良好的预测性能;Rezazadeh 等[12]针对端部保护层剥离破坏，假设了预应力 FRP 端部断面形状，并提出用抵抗黏结长度来衡量抵抗剥离破坏的能力.嵌贴 FRP 被施加预应力后端部混凝土保护层剥离破坏现象更易出现[13-14]，并可能导致加固梁过早破坏.预应力由嵌贴 FRP 向混凝土传递时会在其黏结端部出现应力集中，加上荷载在此处引起的黏结应力，嵌贴 FRP 端部截面的混凝土保护层更容易发生剥离.为延缓或避免预应力 CFRP 加固梁发生端部混凝土保护层剥离破坏，Motavalli等[15-16]提出了“梯度预应力”概念，通过分级放张的方式人为增加预应力传递长度，减小传递长度内的应力集中;研制了用于外贴预应力 CFRP 板加固实现梯度预应力的树脂快速固化设备和放张设备，但由于设备较昂贵且使用复杂，该技术并未得到广泛应用.嵌贴 CFRP的构造及工艺使得在 CFRP-混凝土间二次或多次填充树脂简单方便，运用本课题组研发的碳纤维锚具、温控养护设备和加固流程，并结合已有实桥加固经验，将梯度预应力与表层嵌贴加固技术相结合，有利于发挥两者的各自优势，在实际工程中有一定的可行性和应用前景.因此，本文通过静载试验研究了梯度预应力设置方式对加固梁静力性能的影响，通过疲劳试验研究了梯度预应力和疲劳上限荷载对加固梁疲劳性能的影响.1研究方案1.1梯度锚固预应力构造梯度锚固预应力是指通过分段放张预应力的方式使梁两端 CFRP 预应力在一定长度区段内呈梯度减小.较一般预应力加固不同，梯度锚固将放张端部的预应力（∆σ）拆分为数段，使端部 CFRP 预应力与挠度和弯矩呈相似的变化趋势，减小端部预应力差及对混凝土保护层的拉应。
CFRP预浸带加固混凝土梁抗弯性能及破坏机理研究
分类号U448 单位代码10618密级学号106260145 硕士学位论文论文题目：CFRP预浸带加固混凝土梁抗弯性能及破坏机理研究Study on Flexural Behavior and Failure Mechanismof the RC Beams Strengthened with Presoaked CFRP研究生姓名：刘秋松导师姓名、职称：姚国文教授申请学位门类：工学专业名称：桥梁与隧道工程论文答辩日期：2009 年3 月29 日学位授予单位：重庆交通大学答辩委员会主席：郑罡研究员评阅人：郑罡研究员吴海军副教授2009年3月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。
学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日……………………………………………………………………………………………本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。
CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能分析
CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能分析CHEN Hua;CHEN Yao-jia;XIE Bin;WANG Peng-kai;DENG Lang-ni【摘要】为研究CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能及其影响因素,对12套CFRP 筋粘结式楔型锚具进行静载试验,以锚具内倾角和锚固长度为变化参数,获取锚具试件荷载—滑移全过程曲线,推出锚具内部CFRP筋与环氧树脂砂浆界面粘结—滑移本构模型.研究表明:增大锚具内倾角和锚固长度可提高锚具极限荷载,平均粘结强度随锚具内倾角的增大呈增大趋势,临界锚固长度随试件锚具内倾角的增大呈减小趋势,采用回归公式计算的平均粘结强度值与试验实测值比较接近;锚固长度是影响界面粘结剪切刚度的主要因素;锚固长度和锚具内倾角可一定程度提高界面抗滑移能力,损伤发展后期,锚固长度越大,损伤速率越慢;推导出的锚具内CFRP筋与环氧树脂砂浆的粘结—滑移本构关系模型适用性较好.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(044)003【总页数】10页(P798-807)【关键词】CFRP筋粘结式楔型锚具;静载试验;粘结锚固性能;界面粘结损伤【作者】CHEN Hua;CHEN Yao-jia;XIE Bin;WANG Peng-kai;DENG Lang-ni 【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】TU757.20 引言近年来，CFRP(carbon fiber-reinforced plastics)增强复合材料在土木工程中广泛应用并得到较大的发展，具有强度高、松弛率低、耐疲劳性好、热膨胀系数小、耐腐蚀性好、重量轻等优点[1]。
在结构加固领域中，从传力机理来看，CFRP筋锚具大体上可以分为夹具式锚具、粘结式锚具和复合式锚具。
其中，粘结式锚具抵抗外部荷载的作用力主要由化学胶着力、摩擦力以及机械咬合力来提供。
与夹具式锚具和复合式锚具相比，粘结式锚具能避免筋材被咬伤，可以较好的解决CFRP筋抗剪强度低的问题，更适用于CFRP筋的锚固[2]。
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１０． ３９６９／ｊ． ｉｓｓｎ． １００２ －０２６８． ２０１２． ０７． ０１０
ＣＦＲＰ预应力筋粘结式锚固系统的抗疲劳性能
方志１龚畅１杨剑２孙志刚１
１．湖南大学 土木工程学院，湖南长沙４１００８２２．中南大学 土木建筑学院，湖南长沙４１００７５
摘要：ＣＦＲＰ预应力筋锚固系统的系统研究成果尤其是疲劳性能研究仍较少，采用疲劳试验机对以高性能活性粉末混凝土ＲＰＣ作为新型粘结介质的ＣＦＲＰ预应力筋粘结式锚具的疲劳性能进行试验研究，ＣＦＲＰ预应力筋锚固系统疲劳试验采取对组装件交替施加静荷载和疲劳荷载，即用静载试验来检验组装件在经历一定次数重复荷载后的静力性能变化。
试验结果表明该类锚具具有良好的抗疲劳性能，随着循环加载次数的增加，组装件之间的相对位置将趋于更加稳定的状态；循环加载过程中ＣＦＲＰ筋抗拉刚度略有降低，疲劳１３６万次与疲劳前组装件ＣＦＲＰ筋的抗拉刚度比值为９３．７％。
循环荷载作用下对粘结式锚具组装件有损伤，但当所施加的荷载未超过其极限破断力的４０％时，ＣＦＲＰ筋与ＲＰＣ之间的相对位置将保持比较稳定的状态，此时存在一定损伤的粘结式锚具组装件仍具有较好的承载能力。
桥梁工程；碳纤维；锚具；疲劳
ＴＵ３７７ Ａ１００２－０２６８ （２０１２） ０７－００５８－０６
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２０１１ －１０ －０２
国家自然科学基金项目（５１０７８１３４）
方志（１９６３ －），男，湖北黄冈人，博士，教授．（ｆａｎｇｚｈｉ＠ ｈｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）
瞄固系统的抗疲劳性能
科技
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臣科技
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CFRP预应力筋粘结式锚固系统的抗疲劳性能
作者：方志， 龚畅， 杨剑， 孙志刚， FANG Zhi， GONG Chang， YANG Jian， SUN Zhigang 作者单位：方志,龚畅,孙志刚,FANG Zhi,GONG Chang,SUN Zhigang(湖南大学 土木工程学院,湖南长沙,410082)， 杨剑,YANG Jian(中南大学 土木建筑学院,湖南长沙,410075)
刊名：
公路交通科技
英文刊名：Journal of Highway and Transportation Research and Development
年，卷(期)：2012,29(7)
本文链接：/Periodical_gljtkj201207010.aspx。