【摘要】CFRP布材的生產工藝相當成熟，廣泛用於混凝土結構的加固。利用CFRP布施加預應力可更加充分發揮其高強耐腐蝕性能。本文對CFRP布材施加預應力的可行性進行了分析和說明，並通過了具體試驗介紹了進行的CFRP布材預應力平板的試驗情況。並對有待深入研究的內容作了歸納。
　　關鍵詞 CFRP布 錨具 預應力平板 預應力張拉
　　1
、概述
　　工程實踐表明
，CFRP複合材料能適應現代工程結構向大跨、高聳
、重載、高強和輕質發展以及承受惡劣條件的需要
，符合現代施工技術的工業化要求，正被越來越廣泛的應用於橋梁、各類民用建築
、海洋和近海、地下工程等結構中。應用的方式有兩種：一是直接應用於新建結構中
，二是用於舊有結構的維修加固，以取得良好的經濟效益[1]～[3]。
　　我國於1996-1997年正式對CFRP用於土木建築結構進行研究

，並在1998所開始了實際的工程應用，至今國內已有近十個科研院所、十餘所高等院校
，對其技術性能進行了研究，取得了大量的科研成果。但國內的研究成果和對象基本上以結構加固和修複為主。與國外已開展采用CFRP代替鋼筋和預應力筋或索的使用相比已明顯落後，有必要開展相關的應用研究[2][4]。
雖然抗拉強度高和彈性模量低使得CFRPjinshufeichangshiheyushijiayuyingli，dantahaiyougaodudefeijunzhixinghecuixingdequedian，zhefeijunzhixingshiqijiyizaiyuyinglimaogushifashengpohuai，erqicuixingzezaishijiayuyinglishibi鋼材更加危險。迄今為止還沒有一種錨固係統能保證所有的CFRP力筋達到最佳預應力傳遞
，這也是在對CFRP預應力錨固體係研究內容之一。
　　目前對CFRP作為預應力材料的研究主要集中在開發相關預應力錨具的同時
，進行高性能CFRP材料的研製與開發。而作為較先應用於結構工程的CFRP片材，其應用和開發已十分成熟
，而且應用相當普遍。高性能混凝土的應用
，尤其是自流平混凝土的應用，借助已成熟的布材CFRP和預應力技術的結合
，將會給CFRP材料和預應力技術提供新的應用方式和思路。本文主要介紹作者正在研製的CFRP材料

，進行平板結構性能的研究和施工工藝的研究。采用CFRP布作為預應力材料的研究目前尚未見相關報道[5]～[8]。
　　2
、CFRP布材預應力的優點及意義
　　碳纖維增強塑料（CFRP）由於其高強度和優良的抗腐蝕和耐久性等優點，國內外都在開展其替代鋼材的應用研究
，但多局限於將CFRP作為體外加固材料使。隨著近年來CFRP材料開發技術的成熟，其價格的迅速下落給CFRP在結構上的應用提供了很好的機遇。　　　　CFRP作為預應力筋的想法也由來又久
，但是由於CFRP表現出來的脆性使得對其錨固相當困難[4][7]。為此，作者在避開需要預應力錨具的CFRP筋材，改用技術成熟的CFRP布材進行施加預應力的研究。
　　如果采用布狀CFRP形式施加預應力，具有如下優點：
　　（1） 不需要錨具，或開發出相關的垂直加壓設備代替筋材所需要的錨具
，從而節省錨具費用；
　　（2） 利用片狀材料自身施加預應力，能避免采用常規錨具時的斷裂現象；
　　（3） 布狀CFRP由於具有較大的表麵積，可提供與混凝土間的足夠接觸麵積，因此可以很好地保證CFRP與混凝土完全充分的粘結；
　　（4） 通過織物布狀交錯張拉可方便實現縱向和橫向施加預應力
；
　　（5） 布狀CFRP靈活的布置和相對少的空間占用，可避免因過多鋼筋所導致的施工不便。
　　國內外對CFRP布bu材cai作zuo為wei預yu應ying力li材cai料liao使shi用yong的de研yan究jiu目mu前qian尚shang未wei見jian到dao報bao道dao。本ben文wen公gong將jiang混hun凝ning土tu平ping板ban作zuo為wei研yan究jiu對dui象xiang，對dui采cai用yong布bu材cai施shi加jia預yu應ying力li時shi平ping板ban受shou力li和he截jie麵mian性xing能neng作zuo一yi介jie紹shao，為weiCFRP布材作為預應力的更大範圍推廣使用提供理論依據。在結構工程和橋梁工程中的平板結構中，包括預製和現澆法，采用先張法對CFRP布材預應力技術可起到更加理想的效果。這一方法對采用CFRP布進行預應力張拉的結構加固也具有借鑒意義。
　　3
、CFRP布材施加預應力效果
　　試驗采用上海怡昌碳纖維材料有限公司生產的同固牌的CFRP布，型號為CFC2-2。
　　材料參數如下：
　　產品厚度 碳纖維種類 抗拉強度 抗拉彈性模量 斷裂延伸率 單位麵積重量 布寬度
　　0.17mm T-700-12K ≥3500MPa 220GPa 1.8% 200g/m2 100mm
　　與CFRP筋材不同
，由於CFRP布薄而寬
，對CFRP布施加預應力必須克服其張拉不均勻性。試驗張拉采用作者設計的裝置進行

，並由柳州歐維姆機械股份有限責任公司加工。圖1中的照片1和2分別顯示了不均勻張力所導致的CFRP布部分纖維發生破壞時的情況。圖2中的照片顯示了克服不均勻張拉的效果。圖3中的照片顯示是3條CFRP張拉後埋置於混凝土平板中進行加載前的情景

　　根據CFRP廠家提供的材料性能參數
，在進行了兩次試張拉後
，進行CFRP布預應力混凝土平板施工。該平板尺寸為2040×600×80mm
，采用兩條CFRP布作為預應力材料，縱向有4根φ6的構造鋼筋，橫向設有間距為190mm的構造鋼筋，如圖4所示。

　　通過測試，CFRP布張拉應力為2117Mpa，約為抗拉強度的0.6。通過實時監測，得到最終有效張拉力為1529MPa，約為抗拉強度的0.45。通過對有效跨度為2000mm的三分點加載抗彎試驗。圖5中的照片顯示了CFRP布材預應力平板靜力加載破壞時的情景。

　　4、 結論及展望
　　1） 研究的關鍵在於CFRP布材施加預應力的效果及預應力混凝土平板的結構行為特性。為達到這一目的
，需要解決采用CFRP布材施加預應力的有效途徑。
　　2） 通過兩次試張拉和最後預應力混凝土平板的施工時的第三次張拉
，表明對CFRP布施加預應力完全可行。
　　3） 常規的CFRPcailiaozuoweiyuyinglicailiaotongchangshicaiyongbangcai，xiangyinghuichuxianshengchanxiangguandeteshumaojudewenti。caiyongbucaihou，liyongzishenmocalishijiayuyingliduiyuhunningtugoujianyuzhixingyelaishuokeshixianbuxuyao 預應力錨具的優點。
　　4） 由於CFRP隻在一個方向的抗拉性能突出，又為避免采用整片CFRP布導致混凝土施工困難的問題，采用CFRP布條作為預應力材料，通過布條交錯
，實現傳統式的鋼筋網的效果。
　　5） 若對布材施加預應力時
，正交布置CFRP布材可實現垂直兩個方向同時施加預應力的效果，且這種方式更有利於CFRP布材的布置和混凝土的施工。同時更有利於CFRP布材與混凝土間的粘結
，保證CFRP與混凝土間有效的共同受力。
　　6） 采用CFRP布材施加單向或雙向預應力時
，已無傳統布筋時的鋼筋保護層厚度要求，根據需要可配置一層或多層片材
，但需要確定與普通鋼筋混凝土合理配置。
　　以上 CFRP新型材料與預應力技術相結合，將其應用於較為合理配置平板結構中，能充分發揮CFRP材料性能、預應力技術、混凝土平板三部分的優點。考慮到片材與平板結構的結合可能會帶來施工的不便
，需要結合高性能混凝土------自流平混凝土進行配合施工。即當基層凝土澆築完後，再鋪設CFRP布材並進行張拉，然後再在其上澆築混凝土麵層。這種先張法對於工廠大規模預製具有較高的經濟效益。
　　5、有待深入研究內容
　　要真正將CFRP布作為預應力材料應用於混凝土結構中，還需要深入研究
，包括CFRP片材對平板結構施加預應力後的結構行為
、受力基本特征和破壞機理，以及相關計算方法等。因此需要對下述內容開展深入研究：
　　（1） 對CFRP布(bu)材(cai)施(shi)加(jia)預(yu)應(ying)力(li)相(xiang)關(guan)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)，包(bao)括(kuo)施(shi)加(jia)預(yu)應(ying)力(li)的(de)更(geng)合(he)理(li)方(fang)式(shi)，施(shi)加(jia)預(yu)應(ying)力(li)裝(zhuang)置(zhi)的(de)設(she)計(ji)和(he)加(jia)工(gong)，預(yu)應(ying)力(li)大(da)小(xiao)的(de)計(ji)算(suan)和(he)監(jian)測(ce)
，相(xiang)應(ying)鋼(gang)筋(jin)配(pei)置(zhi)計(ji)算(suan)。
　　（2） 進行不同CFRP布預應力大小的結構受力性能試驗研究，提出合理的平板受力行為特性和計算模式。
　　（3） 合理的設計方法與施工工藝研究，有利於盡快將CFRP布材這一成熟材用於料結構中，開展CFR布材用於梁式結構或其他結構中的可行性。為CFRP布材預應力平板結構的推廣使用提供更充分的理論依據。

　　 感謝柳州歐姆機械股分有限責任公司加工和提供的全套張拉裝置。
　　 感謝上海怡昌碳纖維材料有限公司提供試驗用CFRP布材

　　參考文獻
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