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摘要：预应力碳纤维板（CFRP）是在科技发展的推动下出现的一种新型材料，其具有材质轻、强度高、抗腐蚀等优点，在如今国内外的运用越加广泛，特别是在工程的结构加固工作中，发挥着重要的作用。但随着研究使用的不断拓展，各方面的问题也逐渐出现，我国对于指导加固工程中结构设计的指标规定有许多需要完善的地方，预应力碳纤维板在实际的使用中，因为所面临加固工程的不同而需要调整。本文针对预应力碳纤维板与被加固混凝土梁的受力协同性进行了试验探究。
关键词：预应力碳纤维板；加固；混凝土梁；受力协同性
预应力碳纤维板不仅具有材质轻、强度高和抗腐蚀等优点，还能够迅速和工程加固构件完成粘贴，在构件体表形成带有粘结预应力的效果。能够有效的防止工程构件之间展开裂缝，并能够显著提升承载能力[1]，因此被广泛应用与工程的结构加固工作中。但碳纤维板想要在工程加固中发挥有效的作用，对锚固措施有着较高的要求，要达到在预应力张拉和工程的正常使用中，碳纤维板不会在锚具内产生滑移甚至滑出等情况。而碳纤维板与混凝土中的钢筋材料性质有差异，在加固过程中是否会出现剥离情况？因此，需要在做好锚固措施的基础上，对预应力碳纤维板和被加固梁的受力性能进行研究。
1. 受力协同性实验
1.1 测点布置
本次实验主要是分析评估在荷载量逐渐增大的情况下，钢筋和碳纤维板的应变情况，并探究其变化规律性。实验前需要对构件进行测点布置，首先选取目标构件后，确认其内左右两根受拉钢筋位置，在钢筋左右两端距离中间点250cm之内，以50cm为间隔连续布置规格为3×5mm的电阻应变片，每根钢筋布置电应片总数为11片。然后在钢筋正下方的碳纤维板上，与钢筋应变片的位置一一对应，布置规格相同的应变片，需要排除左右两边顶压板的截面位置。观测在荷载量的不断增大的情况下，目标构件发生的变形情况，在构件跨中的截面位置安放一个位移计，在构件的两端位置各安放一个百分表。
1.2 荷载挠度关系
随着外加荷载的不断增加，跨中挠度也随之提升[2]，目标构件的刚度和承载力相对于未使用碳纤维板加固前有了显著的提升。
1.3 预应力碳纤维板协同受力分析
图1为在荷载水平变化的情况下，构件的钢筋、碳纤维板的应变情况。由图可知，在外部荷载达到90KN 时，碳纤维板与钢筋的应变情况基本相同。因此可以得出，在目标构件因荷载过大而开裂之前，碳纤维板与钢筋的应变大小基本上没有差异，但是因为其中保护层存在一定的影响，碳纤维板的应变情况稍大于钢筋应变。因此，在构件发生开裂之前，目标构件不同截面位置的钢筋和碳纤维板的工作情况是完全同步的。
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图1 构件半跨截面钢筋、碳板应变情况
再分析当外部荷载量大于90KN的情况，构件的不同截面处，两者的应变分布曲线不再重合，总体来看是向一方倾斜的曲线，且当当荷载量处于相同水平时，两者之间的应变情况存在一个差值。且在剪弯段内差值为负，而在纯弯段相反。因此可知，在构件发生开裂之后，在碳纤维板的应变在纯弯段内是大于钢筋应变的，且在荷载量增加的情况下，差值也呈现出增大的趋势，而在荷载量超过构件的屈服荷载之后，差值的变化更加显著。当在剪弯段时，碳纤维板的应变小于钢筋应变，可知在这一段钢筋的应变情况比之碳纤维板有略微的滞后，而与纯弯段对比，当荷载量变化时，其差值变化并不明显。
整体上来说，钢筋和碳纤维板的应变情况，在剪弯段处要比跨中截面处的变化要小，可知，预应力碳纤维板在加固混凝土梁时，碳纤维板和钢筋在跨中截面的位置充分发挥了其作用。
1.4 实验总结与反思
本次实验主要分析在静力荷载不断提升的情况下，构件不同的截面位置其钢筋和碳纤维板在协同受力的情况下的应变变化，对预应力碳纤维板和加固混凝土在受力协同性上的评估判断提供参考依据。
在锚固良好的基础上，碳纤维板在实验过程中未出现滑移情况，没有与混凝土梁产生剥离，使得碳纤维板能够和原构件保持同步工作的状态，充分发挥碳纤维板的特性。因此若想要预应力碳纤维板在加固混凝土梁的实际运用中能发挥更好的效果，应当注重对锚固的确定，不仅需要提高锚固材质的质量[3]，还需要对锚固的位置做出科学性的分析判断。在构件开裂前，目标构件处于弹性工作的状态，碳纤维板为钢筋的工作情况达到同步，变形协同，受力协同性良好。而在钢筋屈服之前，碳纤维板应变的实际差值与理论数值在误差之内，表明在这一阶段两者协同工作情况良好。在钢筋屈服之后，分析排除测试误差的影响，碳纤维板与钢筋的应变情况相同，因此在这一阶段，碳纤维板仍旧保持与原结构的受力协同性。
但是随着科技的进步和施工工艺的不断提升，还有许多问题需要研究。若在施工工艺得到改进之后，碳纤维板是否还能够在高预应力的情况下，与新工艺制造的构件仍旧保持良好的受力协同性？在碳纤维板与构件协同作用的情况下，二者之间的粘结方式主要是界面粘结，其粘结应力对受力协同性具有何种影响需要广大研究人员进一步的探索[4]。另外，我国对于预应力碳纤维板在制造工艺上的标准问题还需要解决，需要在大量实验数据的基础上，研究各种工况下，预应力碳纤维板是否依旧能够保持与构件的协同性，为进一步规范各项构件加固工作的具体数值提供依据。
2. 结束语
预应力碳纤维板作为一种新型材料，在工程的结构加固工作中能够起到极大的作用。预应力碳纤维板的使用，能够有效提高混凝土梁的开裂荷载上限，同时对混凝土梁的屈服荷载以及极限荷载水平有了明显的提升。碳纤维板的加固，使得混凝土梁的刚度有了显著提升，在混凝土梁内的钢筋屈服之后，由于碳纤维板的作用，使得混凝土梁的刚度不会出现大幅下降。其在结构加固工程中具有较大的发展潜力和较好的发展前景。
参考文献:
[1]赵少伟, 苏伟, 张晓彬. 预应力碳纤维板加固矩形梁的试验研究[J]. 建筑科学, 2017, 33(3):59-64.
[2]郭蓉, 杜力峰, 郭娇,等. 预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁的受弯性能[J]. 土木建筑与环境工程, 2017.13(6):61-67.
[3]卜良桃, 肖喜平. 预应力碳纤维板加固RC梁二次受力抗弯性能研究[J]. 铁道科学与工程学报, 2017, 14(1):126-134.
[4]赵少伟, 苏伟, 张晓彬. 预应力碳纤维板加固矩形梁的试验研究[J]. 建筑科学, 2017, 33(3):59-64.
论文作者:白明举,姜鸿,李明,罗树昭
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/15
标签：碳纤维论文; 预应力论文; 构件论文; 钢筋论文; 荷载论文; 应变论文; 混凝土论文; 《防护工程》2018年第23期论文;