销钉锚具无粘结下碳纤维布锚固试验★

龙秋颖 袁 佳 李 冰 张瀚天

(佳木斯大学建筑工程学院，黑龙江 佳木斯 154007)

0 引言

自新中国成立起，我国经济一直处在持续的增长阶段，人们对于建筑行业的需求越来越广泛。由于生活质量的提高，人们对住宅实用性、舒适性等要求越来越严格，从而建筑结构改造与加固成为了近几年的热门，促进了加固与改造行业的发展。目前我们面临的主要问题是：现有建筑物或构筑物的长期使用，将达到设计的使用期限及结构承载力，抗震性能，安全性能有所降低。因此，怎样提高已有建筑结构承载力，抗震性等性能是目前加固改造行业需要解决的首要问题。

CFRP加固具有施工简单、用时短、强度高、自重小等优点，对工程加固中的应用越来越广泛[1-3]。但采用将碳纤维布直接粘贴于构件上的方式，混凝土和碳纤维的粘结界面易发生剥离破坏，同时碳纤维应力滞后二次受力强度不能得到充分发挥，而且不能改善结构的挠度和裂缝宽度。对碳纤维布施加预应力可以抑制这些现象的产生。因此，碳纤维布施加预应力的端部锚固问题是目前加固工程中必须要解决的关键问题[4-7]。本文研究了销钉锚具在无粘结碳纤维布下的锚固情况。

1 试验方案

本次共做了10组试验，构件的基本尺寸如表1所示，分别研究销钉锚具销钉个数、销钉直径对锚固力影响效果。

表1 张拉构件基本性能

2 试验材料

2.1 碳纤维片材

本文使用Sg300a型碳纤维布，厚度为0.167 mm，具体力学性能指标如表2所示。

2.2 建筑结构胶

使用的碳纤维加固胶为MLJ型碳纤维粘贴结构胶组合型，配合比为3～4∶1用于碳纤维布的粘贴。力学性能指标见表3。

表2 Sg300a碳纤维布力学性能指标

表3 粘结剂力学性能指标

2.3 仪器及加载方式

本文主要采用万能张拉试验机，扭动扳手；加载方式采用匀速加载方式。

3 实验结果

本试验主要观察对象有锚具端部碳纤维滑移量，碳纤维布的破坏形式等。

3.1 试验现象分析

加载方式我们采用匀速加载。刚开始加载时，碳纤维无现象，当荷载达到极限1/3时，会听到碳纤维噼啪声，随着荷载的增加，噼啪声越来越明显，张拉端碳纤维开始出现滑移，荷载达到极限时力瞬间下降，构件宣告破坏。滑移现象很明显，将销钉板打开观察发现，横向纤维均撕裂到竖向纤维边缘，见图1。

3.2 数据分析

根据极限破坏值可看出(见表4)，销钉锚具纯剪切下破坏情况是销钉两侧的横向纤维撕裂到与销钉距离最短的竖向纤维边缘构件破坏，此次试验得知，随着销钉个数的增加，不但没有增加销钉锚具的整体抗剪切力，相反降低了销钉锚具的抗剪切力值。销钉锚具在无粘结下对碳纤维布的锚固能力有限。

表4 构件极限破坏情况

3.3 距离销钉长度与变形关系

通过进行大量的试验发现：销钉锚具对碳纤维布的锚固能力是在碳纤维布销钉孔附近一定范围内实现的，碳纤维布发生锚固破坏后，销钉附近碳纤维布的变形情况非常相近，销钉锚具在无粘结作用下，销钉的抗剪切力在一定影响长度范围内的碳纤维布的变形情况基本相同，即销钉抗剪切力影响的长度范围内与其相应的位移存在着相同的曲线关系，由此可知碳纤维布仅受单根销钉抗剪切力作用下，碳纤维布所受的抗剪切应力分布是从销钉上方向两边逐渐减小，当超出销钉影响长度范围内的碳纤维则不受销钉抗剪切力的作用[8]，如图2所示。由此销钉锚具受到张拉力作用时，距离销钉长度与碳纤维布变形成曲线分布。因此我们画出距离销钉长度—变形曲线图。我们将该曲线近似成折线图，见图2。

距离销钉长度—位移计算公式为：

(1)

a是随着销钉附近碳纤维布的变形增大而增大；当碳纤维布受某一荷载张拉时，碳纤维布在销钉锚具无粘结锚固作用下的最大变形值。

销钉的影响范围l是随着张拉力的变化而有所改变的，随着荷载的增大销钉的抗剪承载力增大，加剧碳纤维布产生更大的变形；l值与销钉直径相对碳纤维布宽度的比值有关；b/d比值越大，则销钉的影响范围l越大。

4 结语

本次试验的目的主要研究碳纤维在无粘结，无摩擦力作用下销钉的抗剪切力对碳纤维布锚固能力，根据试验现象与试验数据得到以下结论：

1)从表中可知，销钉直径为4 mm时，碳纤维承受的极限承载力最大,其最大值为Fmax=7.48 kN。销钉锚具中销钉承受锚固力值有限。随着销钉的增多，销钉与纤维布最外边缘距离减少，降低了横向纤维与纵向纤维之间的粘结力，减小了对碳纤维布的锚固能力。

2)销钉锚具对碳纤维布锚固，仅考虑销钉抗剪切力对碳纤维布锚固有限，还需考虑粘结力、上下钢板锚固共同作用下的对碳纤维布的锚固能力。

3)碳纤维布受销钉的纯剪切力作用下，销钉在抗剪切力影响范围内的长度与相应的碳纤维布变形基本相同；根据两者之间存在的一定变形，我们推导出距离销钉长度—碳纤维布变形公式。