CFRP板嵌入式加固混凝土构件研究综述

梁金福，秦春春

（1广西壮族自治区建筑工程质量检测中心，南宁 530005；2.广西大学设计研究院，南宁 530004）

CFRP板嵌入式加固混凝土构件研究综述

梁金福1，秦春春2

（1广西壮族自治区建筑工程质量检测中心，南宁 530005；2.广西大学设计研究院，南宁 530004）

CFRP板嵌入式加固法是近十多年来才提出的一种新形式的加固方法。CFRP板嵌入式加固法与表面外贴CFRP板加固法相比，CFRP板嵌入式加固法具有材料用量少、耐腐蚀、易与相邻构件锚固、适用于表面不平整的构件、与所需加固的构件传力更有效、遭受意外荷载不易损伤等特点。本文对采用CFRP板嵌入式加固钢筋混凝土构件的国内外研究成果进行了综述与分析，并提出了尚待研究的问题。

钢筋混凝土梁；破坏形式；极限荷载

1 国内外研究现状

1.1 国外研究现状

1.1.1 黏结性能研究[1-2]

Galati等对采用FRP加固的混凝土梁进行试验，通过试验得出，高温环境对FRP与混凝土的黏结性能有较大的不利影响。

Novidis等对采用FRP加固的黏结机理进行试验研究，通过槽尺寸和FRP埋置长度两个参数研究其对FRP加固过程中黏结性能的影响，通过对试验结果进行分析后，建立了相应的黏结剪应力—滑移关系。

1.1.2 抗弯加固研究[3]

Hassan等考虑了CFRP筋和CFRP板条两种不同材料的嵌入式加固法：CFRP筋嵌入式加固和CFRP板条嵌入式加固。对总高为300 mm，腹板高为250 mm，翼缘宽为300 mm，腹板宽为150 mm，静跨为2 500 mm的T形截面梁进行加固试验研究。试验结果表明，采用CFRP筋嵌入式加固承载力提高幅度0～54%，破坏形式为混凝土被压碎；采用CFRP板条嵌入式加固承载力提高幅度为0～41%，破坏形式为CFRP板条剥离或CFRP板条拉断破坏。

Barros和Fortes对采用CFRP板嵌入式加固的梁进行抗弯承载力试验研究，将CFRP板嵌入式加固的试验结果与表面粘贴CFRP板加固的试验结果进行对比，得出了在不同配筋率的情况下，加固梁的抗弯承载力随着嵌贴CFRP板数量的变化或加载点位置的变化而改变。还通过对加固梁的承载力和刚度进行分析，指出了嵌入式加固法的优势。

Teng等采用CFRP板条嵌入式加固法，对截面为150 mm×300 mm，跨度为3 000 mm的矩形简支梁进行加固并作静载试验。试验结果表明，采用CFRP板嵌入式加固后的梁承载力有很大提高。当黏结裂缝形成后，裂缝的进一步开展会受到内嵌的CFRP板条制约，而黏结裂缝的扩展将会使CFRP板条容易剥离，使得加固梁发生剥离破坏。1.1.3 抗剪加固研究[4]

Lorenzis等通过在梁两侧嵌贴CFRP进行抗剪试验研究，试验研究成果表明，CFRP的嵌贴方向与梁轴线成一定角度进行加固时，梁的抗剪承载力提高幅度较大。文献[13]通过对6根采用CFRP筋嵌贴加固的足尺试验梁进行抗剪试验研究，研究分析CFRP筋间距、加固方式、CFRP筋端部锚固方式等3种因素对试验梁抗剪性能的影响。最后通过对试验结果的分析研究，提出相应的抗剪承载力计算公式。

Barros等研究采用不同的CFRP板条嵌贴方向时的抗剪加固效果，试验结果得出梁轴成45度方向嵌贴的加固效果更佳，还得出CFRP板条嵌入式抗剪加固梁破坏时挠度较小、延性较好等有益结论。

1.2 国内研究现状

国内对CFRP嵌入式加固法的研究则是从2004年才开始的，主要是试验研究，现有的研究成果比较少，工程应用几乎为零。

1.2.1 黏结性能研究[5]

吴浩淼对20根截面尺寸为150 mm×220 mm，长度为1 250 mm的钢筋混凝土梁采用GFRP筋内嵌加固进行黏结性能研究。通过对试验结果进行分析，得出：加固梁的破坏形式为GFRP筋拉断破坏和GFRP筋自由端截面处发生斜截面弯矩破坏；GFRP筋的应变沿长度的变化呈非线性变化趋势；GFRP筋黏结应力峰值的变化趋势为随着荷载的增大由加载端向自由端移动；对试件破坏形式影响较大的主要因素是GFRP筋的黏结长度、GFRP筋直径、开槽快读与GFRP筋直径的比值等3方面。

陈俊敏通过单剪试验，对33个表层嵌贴FRP的混凝土试件进行黏结机理方面的研究，研究开槽尺寸、混凝土强度、槽边距、FRP的黏结长度和结构胶类型等参数对FRP-混凝土黏结性能的影响。通过对试验结果进行分析总结，得出一些结论：混凝土强度对试件承载力有一定的影响，混凝土强度等级的提高对FRP-胶层界面的剥离有一定的抑制作用，但不是很明显；开槽宽度对试件承载力影响不大，但对FRP剥离长度的影响较大；试件的承载力随着FRP黏结长度的增长而增大。

吴以莉、姚谏和朱晓旭采用表层嵌贴CFRP板加固8根长度为2.80 m，计算跨度为2.60 m的钢筋混凝土T形梁，并对其黏结性能进行研究。试验过程中考虑CFRP板嵌贴长度和胶粘剂种两种参数，分析这两种参数对黏结性能的影响。通过对试验现象和数据进行整理分析，可知黏结性能好的胶粘剂可使CFRP板的高强性能得到充分发挥，试件的极限荷载提高较大；当都采用性能好的胶粘剂时，CFRP板的极限荷载随CFRP板嵌贴长度的增加而增大，但是当嵌贴长度达到一定长度后，试件的极限荷载不再增大。

1.2.2 抗弯加固研究[6]

孙平平、申士军、叶良对3根内嵌FRP板的加固梁和1根对比梁进行抗弯承载力试验，通过试验研究其力学性能。试验过程中通过对加固梁的破坏形式、抗弯极限承载力、裂缝开展情况和刚度变化等进行研究。研究结果表明：内嵌FRP板加固钢筋混凝土梁可以有效地提高其抗弯性能；内嵌FRP板加固钢筋混凝土梁裂缝的扩展有抑制作用。

丁亚红和马艳洁对内嵌预应力碳纤维加固的9根加固梁和1根未加固的对比梁进行抗弯加载试验，对其受力过程、破坏形式、承载力、延性和变形情况进行了研究。得出结论：内嵌预应力碳纤维筋加固钢筋混凝土梁能大幅度提高加固梁的开裂荷载和极限荷载，有效的延迟裂缝开展和控制变形；随着加固量及初始预应力水平的提高，被加固试件的延性有所降低。

杨勇、谢标云等对3根钢筋混凝土简支梁的受弯性能进行试验研究，通过分析附加锚固件对加固后钢筋混凝土梁受力性能的影响。试验研究结果表明：表层嵌贴螺纹碳纤维筋受力较为复杂，应力传递不是连续均匀的；附加锚固件对加固后钢筋混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载没有影响，对极限荷载的影响较大。

任振华、曾宪桃、刘汉龙、周丰俊对采用螺旋肋钢筋和非预应力的碳纤维筋以不同的组合方式嵌入混凝土梁受拉区混凝土保护层中进行弯曲试验。结果表明：采用以上方法加固的钢筋混凝土梁的极限承载能力、刚度及抗裂性能均有显著改善。

淳庆、张洋、潘建伍对12种嵌入式碳纤维板加固矩形木梁试件的抗弯性能进行了试验研究，试件包括4根未加固梁和8根嵌入式碳纤维板加固梁，研究嵌入式碳纤维板加固矩形木梁的破坏形式、抗弯承载力和截面应变分布。试验结果表明：经嵌入式碳纤维板加固后，抗弯承载力相对于未加固试件明显提高。松木试件和杉木试件的抗弯承载力提高幅度分别为9.1%～35.1%和19.8%～37.4%，并提出了嵌入式碳纤维板加固松木和杉木矩形木梁抗弯承载力的计算公式。

王兴国、王文华等在已有的试验研究的基础上，采用分层法对内嵌CFRP片材加固的RC梁加载过程中的荷载-挠度关系进行分线性分析，同时考虑了初始荷载的作用，提出了加固梁的荷载-挠度曲线。

叶良、夏建中通过对2根混凝土梁进行试验，其中1根内嵌CFRP抗弯加固，试验结果表明，内嵌CFRP加固的梁，其开裂荷载、屈服荷载和极限荷载都有一定程度的提高，采用内嵌CFRP加固混凝土梁，加固效果明显。

邓朗妮、姬帅、张鹏等通过对6根混凝土梁进行试验，其中4根内嵌CFRP-PCPs加固，试验结果表明，采用内嵌CFRP-PCPs加固能更好地改善混凝土梁受力性能和变形性能，而且还能解决张拉锚固装置施工复杂和造价高等问题。还有，根据现行的规范推导出挠度计算的修正公式，并与试验值对比，计算值与试验值吻合良好。

1.2.3 抗剪加固试验

贾庆扉对9根表层嵌贴CFRP加固的混凝土梁进行抗剪加载试验，主要研究加固梁的破坏形式和斜截面极限承载力。试验结果表明：在梁侧面嵌贴CFRP板条可以有效地提高无腹筋混凝土梁的斜截面承载力；通过对影响钢筋混凝土梁斜截面承载力的各种因素进行分析，给出了梁侧面发生CFRP-混凝土保护层剥离破坏模式时的斜截面承载力计算方法。

樊烽和姚谏对2根对比梁和5根表层嵌贴CFRP板条的抗剪加固梁进行了试验研究，试验梁考虑了CFRP板间距、CFRP板加固量和箍筋配筋率3个参数对抗剪承载力的影响。研究结果表明，表层嵌贴CFRP板加固法能有效提高钢筋混凝土有腹筋梁的抗剪承载力。

2 尚待研究的问题

CFRP板嵌入式加固法加固混凝土结构构件可以提高其抗弯和抗剪承载力，有效的提高其刚度，充分显示了CFRP板嵌入式加固技术的可行性和可靠性。但目前对这种新加固技术的研究还有一些不足之处，需进一步研究：

1）采用CFRP板嵌入式加固法对有初始荷载的结构构件进行加固的试验研究较少，研究预加载对加固梁受力性能的影响需进一步完善。

2）初始荷载作用下，CFRP板嵌入式加固结构构件的承载力计算方法还不够成熟，有待进一步研究。

3）目前对CFRP板嵌入式加固的变形和裂缝方面的研究很少，理论方面计算挠度和裂缝公式的推导更少。

3 结语

采用纤维复合材料加固结构构件的研究一直是土木工程领域研究的热点。国内外对采用CFRP板嵌入式加固法的研究已取得了一定的成果，本文较系统的分析和总结了国内外一些研究成果，分析总结采用此方法加固的效果及存在的不足，为进一步的研究及实际工程的加固应用提供参考，并提出了一些尚待深入研究的问题。

[1]Galati N，Nanni A，Dharani R L，Focacci F，Aiello A M.Thermal EffectsonBondbetweenFRPRebarsandConcrete[J].Composites-Part A：AppliedScienceandManufacturing，2006，37（08）：1223-1230.

[2]Novidis D，Pantazopoulou S J，Tentolouris E.Experimental Study of Bond of NSM-FRP Reinforcement[J].Construction and Building Materials，2007，21（08）：1760-1770.

[3]Teng J G，De Lorenzis L，Wang B，Li R，Wong T N，Lam L. Debonding Failures of RC Beams Strengthened with Near Surface Mounted CFRP Strips[J].Journal of Composites for Construction，2006，10（02）：92-105.

[4]Barros J A O，Dias S J E，Lima J L T.Efficacy of CFRP-based Techniques for the Flexural and Shear Strengthening of Concrete Beams[J].Cement&Concrete Composites，2007，29（03）：203-217.

[5]陈俊敏.表层嵌贴CFRP板条混凝土界面黏结性能的研究[D].长沙：长沙理工大学，2012.

[6]孙平平，申士军，叶良.内嵌FRP板钢筋混凝土梁试验研究[J].四川建筑科学研究，2013，39（03）：86-88.

TU756.4+9

A

1673-1093（2015）04-0087-03

梁金福（1982），男，壮族，广西上林县人，工程师，硕士研究生，从事工作：工程质量检测。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.04.020

2015-01-16；

2015-02-01