1、引言

   用於建築結構補強加固的高強纖維材料，具有高強高效
、耐腐蝕性能及耐久性，不增加構件的自重及體積
、適用麵廣及便於施工等優點。但當采用無預應力方式加固時
，由於纖維布的應力滯後造成高強纖維布的強度利用率很低。以碳纖維布為例
，構件達到正常使用極限狀態時
，纖維布的應力約為300MPa。實(shi)際(ji)工(gong)程(cheng)中(zhong)，因(yin)構(gou)件(jian)為(wei)二(er)階(jie)段(duan)受(shou)力(li)，如(ru)未(wei)采(cai)取(qu)卸(xie)載(zai)或(huo)頂(ding)撐(cheng)等(deng)措(cuo)施(shi)，其(qi)實(shi)際(ji)的(de)應(ying)力(li)水(shui)平(ping)將(jiang)更(geng)低(di)。在(zai)使(shi)用(yong)高(gao)強(qiang)纖(xian)維(wei)布(bu)對(dui)梁(liang)進(jin)行(xing)加(jia)固(gu)時(shi)，有(you)一(yi)種(zhong)特(te)有(you)的(de)破(po)壞(huai)形(xing)態(tai)

，即(ji)纖(xian)維(wei)布(bu)與(yu)構(gou)件(jian)的(de)粘(zhan)結(jie)層(ceng)破(po)壞(huai)而(er)使(shi)纖(xian)維(wei)布(bu)被(bei)整(zheng)體(ti)的(de)剝(bo)離(li)
，這(zhe)種(zhong)破(po)壞(huai)形(xing)態(tai)帶(dai)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)脆(cui)性(xing)特(te)點(dian)
，是(shi)非(fei)常(chang)危(wei)險(xian)的(de)破(po)壞(huai)形(xing)式(shi)。同(tong)時(shi)這(zhe)種(zhong)破(po)壞(huai)使(shi)高(gao)強(qiang)纖(xian)維(wei)布(bu)的(de)高(gao)強(qiang)特(te)性(xing)無(wu)從(cong)發(fa)揮(hui)，極(ji)大(da)地(di)降(jiang)低(di)了(le)構(gou)件(jian)的(de)承(cheng)載(zai)力(li)和(he)變(bian)形(xing)。

   2、FRP加固受彎構件

   2.1 破壞形式

   根據相關研究資料表明，FRP加固受彎構件有以下6種破壞形態：
   ①超筋破壞
，即在受拉鋼筋達到屈服前受壓區混凝土壓壞；
   ②部分超筋破壞
，即鋼筋屈服後受壓區混凝土壓壞
，而FRP未達到極限拉應變；
   ③適筋破壞
，即鋼筋屈服後FRP達到極限拉應變拉斷，而受壓區混凝土尚未壓壞；
   ④表層混凝土剪切受拉剝離破壞；
   ⑤ FRP與混凝土間粘結基層剝離破壞。
   ⑥在預應力FRP加固中
，鋼筋未屈服而纖維布拉斷。
   對於①可通過限製FRP的加固量來避免。④⑤可通過采用相應的構造措施、規定最小混凝土強度
、保證粘結質量和選用性能優良的粘結材料來控製。對於⑥
，可通過控製預應力度來避免。②③兩種破壞形式，相比較而言，構件有較大的變形，FRP的強度也得到了較為充分的利用，是相對理想的破壞形式。

   2.2 剝離應力的產生

   在典型的彎剪構件中，粘結界麵上有兩類剝離應力：一是剝離剪應力τ
，主要由兩個因素引起：①由構件沿縱向彎曲變形的差異，引起纖維布自身的應變梯度而產生的；②裂縫處纖維布的局部不均勻應變所引起的。二是剝離正應力σ，兩個因素：①裂縫處截麵在剪力作用下產生豎向的相互錯動所引起的；②duiyuweishijiayuyinglidexianweibu
，zhijiezhantieshi

，youyugoujianbiaomianbupingzheng，zaixianweibulazhideguochengzhongsuoyinqide。dangzhanjiejiemianzaizheliangleiboliyinglidezonghezuoyongxiadadaolezhanjiecengdelajianqiangduhuoshihunningtudekanglaqiangdu


，jiuhuiyinqixianweibuyuhunningtugoujiandezhanjiecengpohuaihuobiaocenghunningtusilie
，ershixianweibubeiboli。
   如何有效解決粘結界麵過早發生剝離破壞的現象，是解決高強纖維布加固技術在工程應用中的一個關鍵問題。

   3、預應力高強纖維布加固技術

   3.1 預應力的作用

   試驗表明，預應力的存在有四個方麵的作用。①提高開裂荷載，增大構件剛度，解決高強纖維布的應力滯後問題
，提高加固效率；②構件剛度大，纖維布應變增加較慢，同樣的荷載作用下，纖維布的應力梯度小，減小剝離剪應力；③軸向壓力可抑製裂縫的發展和截麵的豎向錯動
，減小裂縫處粘結層的剝離剪應力和正應力；④預應力使纖維布從開始就處於平直狀態

，能減小剝離正應力。②③④共同作用使被加固構件的極限承載力明顯提高
，纖維布的高強度也得到較為充分的利用。

   3.2 粘結層的影響

   粘(zhan)結(jie)層(ceng)的(de)主(zhu)要(yao)作(zuo)用(yong)是(shi)將(jiang)纖(xian)維(wei)布(bu)與(yu)混(hun)凝(ning)土(tu)粘(zhan)結(jie)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)整(zheng)體(ti)，傳(chuan)遞(di)應(ying)力(li)。通(tong)常(chang)加(jia)固(gu)所(suo)用(yong)的(de)粘(zhan)結(jie)材(cai)料(liao)
，雖(sui)然(ran)粘(zhan)結(jie)強(qiang)度(du)較(jiao)高(gao)，但(dan)往(wang)往(wang)變(bian)形(xing)能(neng)力(li)較(jiao)差(cha)，很(hen)容(rong)易(yi)發(fa)生(sheng)剝(bo)離(li)破(po)壞(huai)。試(shi)驗(yan)表(biao)明(ming)，如(ru)在(zai)基(ji)本(ben)不(bu)降(jiang)低(di)粘(zhan)結(jie)強(qiang)度(du)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)
，提(ti)高(gao)粘(zhan)結(jie)層(ceng)的(de)變(bian)形(xing)能(neng)力(li)，可(ke)降(jiang)低(di)粘(zhan)結(jie)層(ceng)的(de)剝(bo)離(li)應(ying)力(li)，防(fang)止(zhi)剝(bo)離(li)破(po)壞(huai)發(fa)生(sheng)

；最(zui)終(zhong)亦(yi)能(neng)使(shi)纖(xian)維(wei)布(bu)整(zheng)體(ti)的(de)應(ying)變(bian)得(de)以(yi)充(chong)分(fen)地(di)發(fa)展(zhan)。粘(zhan)結(jie)層(ceng)良(liang)好(hao)的(de)變(bian)形(xing)能(neng)力(li)和(he)對(dui)纖(xian)維(wei)布(bu)浸(jin)漬(zi)性(xing)可(ke)以(yi)延(yan)緩(huan)破(po)壞(huai)過(guo)程(cheng)，構(gou)件(jian)的(de)變(bian)形(xing)大(da)為(wei)提(ti)高(gao)
，明(ming)顯(xian)改(gai)善(shan)構(gou)件(jian)的(de)延(yan)性(xing)。

   3.3 錨固的作用

   由(you)於(yu)錨(mao)固(gu)的(de)存(cun)在(zai)，當(dang)荷(he)載(zai)較(jiao)大(da)時(shi)，力(li)的(de)傳(chuan)遞(di)不(bu)再(zai)僅(jin)僅(jin)依(yi)靠(kao)纖(xian)維(wei)布(bu)與(yu)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)粘(zhan)結(jie)力(li)
，纖(xian)維(wei)布(bu)端(duan)頭(tou)處(chu)的(de)應(ying)力(li)將(jiang)會(hui)明(ming)顯(xian)的(de)增(zeng)加(jia)
，纖(xian)維(wei)布(bu)的(de)應(ying)力(li)梯(ti)度(du)減(jian)小(xiao)，提(ti)高(gao)發(fa)生(sheng)剝(bo)離(li)破(po)壞(huai)時(shi)纖(xian)維(wei)布(bu)的(de)整(zheng)體(ti)應(ying)力(li)；而且，即使發生剝離破壞也不致使構件整體失效。

   4

、擠壓式預應力張拉技術

   傳統預施加應力的方式往往是先張拉後錨固

；需xu要yao相xiang對dui複fu雜za的de張zhang拉la機ji具ju，以yi及ji相xiang應ying的de反fan力li裝zhuang置zhi，並bing且qie，在zai錨mao固gu的de時shi候hou，預yu應ying力li的de損sun失shi也ye比bi較jiao大da。而er擠ji壓ya式shi預yu應ying力li張zhang拉la技ji術shu，其qi特te點dian就jiu是shi先xian錨mao固gu後hou張zhang拉la

，無wu需xu複fu雜za的de張zhang拉la機ji具ju和he相xiang應ying的de反fan力li裝zhuang置zhi，預yu應ying力li損sun失shi小xiao


，方fang法fa簡jian便bian有you效xiao。通tong過guo測ce纖xian維wei布bu的de應ying變bian，可ke以yi直zhi接jie掌zhang握wo有you效xiao預yu應ying力li。裝zhuang置zhi見jian圖tu1：


（a）安裝前                             　　　　　　　 （b）安裝後

圖1 錨夾具安裝示意圖

   原理及操作方法：按圖1（a）抹膠後將纖維布拉直就位，蓋上錨固鋼板，安裝緊固螺帽
，將鋼筋連同纖維布向外拉，同時收緊錨固鋼板，利用鋼筋與錨固鋼板一(yi)端(duan)的(de)弧(hu)麵(mian)作(zuo)用(yong)，利(li)用(yong)擠(ji)壓(ya)力(li)將(jiang)鋼(gang)筋(jin)和(he)纖(xian)維(wei)布(bu)向(xiang)外(wai)推(tui)動(dong)

，初(chu)步(bu)將(jiang)纖(xian)維(wei)布(bu)張(zhang)緊(jin)。膠(jiao)硬(ying)結(jie)後(hou)
，收(shou)緊(jin)夾(jia)具(ju)，通(tong)過(guo)擠(ji)壓(ya)，使(shi)纖(xian)維(wei)布(bu)收(shou)緊(jin)，建(jian)立(li)預(yu)應(ying)力(li)。

   5、工程實踐及施工工藝

   5.1 工程簡介

   本工程為一改造加固工程

，混合結構房屋，由於使用用途的變化
，需要將底層的一個洞口由原來的1.5m擴大為2.9m
，原洞口上梁為圈梁兼過梁
，混凝土為C25。
   經驗算

，改造後梁底縱筋計算麵積為583.5mm2，實際麵積為339.3mm2
，構件抗彎承載力不足。
   箍筋實際麵積為282.74mm2
，而計算麵積為272mm2
，無需進行抗剪加固。

   5.2 加固方案

   本工程原加固方案如圖3所示，采用先拆除牆體

，後在梁底粘貼碳纖維布，最後在梁兩端各補做一混凝土柱。



圖3 原加固方案圖

   此方案因補做柱需要開挖至承台
，又需要植筋，工程量和難度都較大。並且碳纖維布要發揮作用
，尚需構件繼續發生變形

，而過大的變形有可能引起上部砌體的開裂。因此
，此方案的缺陷是很明顯的。
   經過多方比較，並結合現場的情況，確定如下加固方案：在梁兩側下部各采用7.5cm寬的雙層碳纖維布進行加固，Asf =50.1mm2，纖維布可提供極限抗彎承載力約19KN.M，構件有足夠的安全儲備。考慮實際使用的要求，有效預應力控製在800MPa
，約合3400
，考慮長期預應力損失，實際張拉至3800。此時構件在變形基本不增加的條件下即可滿足抗彎承載力的要求。
   優點：①由於采用預應力，可在梁兩側加固。先加固後拆除，無需支撐

，施工方便安全；②施加預應力，構件變形小，充分利用碳纖維布的高強度；③采用有較好變形能力的粘結層，有效防止剝離破壞的發生
，提高構件的延性。
   缺點：纖維布的有效力臂短
，工作效率低。可通過增加纖維布的用量和施加預應力來彌補。

   5.3 施工工藝及過程

   纖維布加固施工中，施工工藝和質量直接關係到加固的效果，先進合理的施工工藝和可靠的施工質量是取得良好加固效果的前提。擠壓式預應力張拉技術經過大量的試驗，並結合相應的現場條件，其施工工藝及過程如下：
   ①首先將梁兩側，及板底靠近梁兩側10cm範圍

，梁下20cm範圍內牆兩側的抹灰層清除
；
   ②按圖4所示位置打孔，清孔後將螺栓帶膠植入孔內，蒙錨固鋼板固定；
   ③梁兩側找平，先將表麵鬆動的混凝土打磨找平
，露出密實層

，清理後再用粘膠刮平；
   ④待螺栓處膠硬結後，采用擠推法帶膠按圖5所示位置安裝碳纖維布
，將纖維布初步張緊；
   ⑤待錨固處膠硬結後第一次施加預應力，約為2500，將纖維布完全拉直，此時纖維布與混凝土表麵留有約2mm的空隙，用紗布浸膠將纖維布下沿塞緊後灌粘結膠
；
   ⑥膠稍幹後第二次施加預應力至預定大小（有擠壓效應），同時將擠出的膠塗抹在纖維布的表麵
，用膠將纖維束充分浸透，待膠初步硬結後，表麵撒中砂。
   ⑦48小時後，待膠充分硬結後

，拆除牆體
，割除多餘的螺杆，分層抹1：2水泥砂漿20厚覆蓋纖維布和錨具。對夾具進行防鏽處理後，采用裝飾手段處理。

   參考文獻：
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   [4]　吳剛，郭正興
，張繼文．碳纖維複合材料加固混凝土結構技術及施工要點[Ｊ]．建築技術，2000，31(6)．