CFRP锚固梁锚固方式及锚固性能综述

张正海

摘要：CFRP材料作为一种高强、轻质材料，普遍应用于建筑结构加固之中，且取得了较为理想的成果。本文依据现有资料及研究成果，对现在CFRP材料加固混凝土结构中，不同锚固方式以及粘结剂对加固梁力学性能的影响进行系统的阐述，并对其作用机理和需要进一步改善的研究面进行总结，为CFRP材料的研究工作提供一个方向。

关键词：CFRP;结构加固;锚固方式

中图分类号：TU375.1文献标识码：A

引言

上世纪中期，国外房地产行业热潮开始，一大批混凝土建筑物、构筑物迅速出现，大批桥梁建设项目出现，摩天大楼层出不穷，但随着时间推移，由于设计图纸不规范、结构荷载变化、外部混凝土受到环境侵蚀等原因，现有结构无法满足使用功能。但值得注意的是，由于资金短缺、场地不足、时间不足等原因对现有建筑物、构筑物进行重建并不适宜。因此，对现有结构进行加固，使之达到使用要求，成为当下建筑能够满足使用要求的最佳途径。

CFRP材料具有强度高、质量轻、抗腐蚀、耐疲劳等诸多良好性能，起初主要应用于航空航天工业中，后期在建筑加固方面优势较大，被普遍应用于混凝土结构加固之中。上世纪末，CFRP材料进入我国，并被普遍应用于建筑结构加固方面。同时，我国学者对CFRP材料进行了一系列的研究，获得了较多CFRP材料的性能特点。本文对CFRP材料粘贴过程中不同锚固方式及对CFRP加固力学性能的影响进行论述，并对其作用机理进行了探讨

1. CFRP材料锚固现状

CFRP材料本身具有高强、质轻、抗腐蚀等一系列优点，但是，良好的加固效果必须让加固材料与被加固结构共同工作，因此，保证CFRP材料与混凝土结构之间有良好的粘贴并共同工作成为加固重点。

许哲[1]通过自己设计性能可靠的锚具，使用单面剪切试验法，分别对黏结剂内嵌 CFRP 板试件、锚具夹持 CFRP 板试件和复合锚固试件与混凝土的黏结锚固性能进行了试验研究，研究了内嵌锚具夹持 CFRP 板与混凝土的锚固性能，发现破坏形态为锚具齿板与 CFRP 板条的相对滑移破坏和 CFRP 板拉断破坏，锚具的锚固性能不受混凝土强度等级和锚具间距的影响，在螺栓可承受的扭矩范围内增大螺栓扭矩、增大锚具数量和使用更大尺寸的锚具，都可获得更好的锚固性能。付婷婷[2]通过设计了钢板压条锚固、 CFRP-U形箍锚固及混杂锚固三种锚固方法对钢筋混凝土简支梁进行加固，并与对比梁作比较，通过抗弯试，分析并解释了CFRP 外贴法加固梁与未加固梁在承载力、跨中挠度、破坏模式等方面的差异;分析并对比了锚固对梁抗弯加固的力学性能影响。试验结果表明：相较于未加固梁，CFRP 外贴法能够有效提高梁的极限承载力及刚度;相较于传统 CFRP 加固法，锚固加固法能显著提高梁的极限承载力、整体刚度、延性及CFRP 强度利用率，更为有效的发挥 CFRP 作用;通过三种锚固方法的综合比较，CFRP-U形箍锚固方法更为简单有效。梁玉国，赵炎，宋丽娟[3]通过10根加固混凝土梁的抗弯试验，并建立相应的混凝土抗弯承载力模型，从正截面受弯承载力、碳纤维布强度、跨中最大应变、抗剥离机制4个方面研究了低强度混凝土梁在采用不同附加锚固方式时的剥离破坏形态。采取合理的附加锚固措施时，碳纤维布加固低强度混凝土梁的受弯承载力可以大幅度提高，梁侧约束钢板这种附加锚固措施效果最好。研究结论为优化设置附加锚固方式来提高碳纤维布加固效果提供参考依据。

2.CFRP材料加固要求

在混凝土结构加固工程中，结构加固效果与诸多因素有关，如混凝土自身强度，混凝土自身强度较低，加固效果不会理想;同时，加固材料强度符合要求，加固材料强度一般情况下在加固方向应高于混凝土自身强度;最重要的是，应确保混凝土与加固材料能够共同承受作用，否则会造成加固效果不理想、加固材料浪费、甚至造成结构破坏，影响人民财产安全。

为了使加固效果满足要求，在选择合理的粘结剂的情况下，选择合理的锚固方式极为重要，对于抗弯结构，粘贴完成后应注意在端部进行结构螺栓锚固，抗弯结构进行CFRP材料加固时，若混凝土本身强度足够，失效模式往往表现为CFRP布端部剥离，因此保证CFRP布端部不发生剥离很重要，选择合理锚固螺栓个数进行两端锚固，确保结构不先发生剥离破坏。对于抗剪结构，剪切破坏往往发生在端部纵向，因此，粘贴完成后应注意在端部进行侧向CFRP布材侧向锚固，预防结构首先发生纵向剪切破坏。对于抗扭结构，扭矩在同截面梁中，扭矩大小全量相同，注意全梁CFRP抗扭粘贴，扭矩在异截面梁中，在截面变化区域进行抗扭加固，在扭矩最大处进行抗扭加固。对于承受混合作用效果的结构，我们应结合其混合作用具体受力情況进行锚固，做到物尽其用，节能环保。具体加固选择见表1。

3.结论

国内外学者们对CFRP加固混凝土的加固方式及锚固器具进行了一系列的研究，通过设计不同锚固方式对各种锚固方式的锚固效果、作用机理、不足需改进之处进行了一系列的试验，取得了丰硕的成果。结合各类文献，我们可以知道CFRP对混凝土的加固效果主要取决于混凝土材料力学性能、CFRP材料力学性能以及两者是否可以保证共同工作。为确保CFRP对混凝土进行加固的效果达到理想要求，我们需要在以下几个方面进行一系列的研究工作：

（1）提高混凝土材料自身力学性能。我们可以通过其他手段，在进行CFRP加固之前对混凝土进行结构预加固，如通过高强混凝土外包等方式提高混凝土自身的力学性能。

（2）选择合适的CFRP材料。不同的CFRP材料力学性能各不相同，在合适部位选择符合加固要求的CFRP材料尤为重要，即有利于充分利用材料，又有助于节省资金。

（3）选择合适的粘贴面及粘结剂。混凝土各表面受侵蚀状况各不相同，进行加固时尽量选择侵蚀情况较弱的表面，另外，选择合适的粘结剂可以充分发挥材料性能，强化加固效果。

（4）选择合理的锚固方式。CFRP材料锚固方法多样，应依据实际情况进行合理锚固方式，避免锚固方式不恰当造成材料浪费，同时注意不会造成人民财产安全损失。

参考文献

[1]许哲. 内嵌锚具夹持 CFRP 板与混凝土黏结锚固性能试验研究[D]. 郑州：华北水利水电大学， 2020.

[2]付婷婷. 锚固方法对 FRP 抗弯加固梁的力学性能影响研究[D]. 淮南： 安徽理工大学， 2017.

[3]梁玉国， 赵炎， 宋丽娟. 碳纤维布加固低强度混凝土梁不同附加锚固方式试验研究 [J]. 华北地震科学， 2015， 033（S）： 99-106.

[4]滕锦光. FRP加固混凝土结构 [M]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2005.

[5]董坤， 戟治鹏， 杨松， 等. 端部机械锚固FRP-混凝土黏结界面承载力试验研究 [J]. 建筑结构学报， 2020， 41（S1）： 399-405.

[6]殷俊鹏. 部分粘贴CFRP加固钢筋混凝土抗弯构件的延性研究[D]. 淮南： 安徽理工大学， 2017.

安徽理工大学土木建筑学院 安徽 淮南 232001