淺談加固混凝土梁的施工技術

朱鵬飛

【摘要】預應力CFRP板加固與非預應力CFRP板加固方法相比，CFRP板材具有質量性能穩(wěn)定、施工便捷等特點。可提高構件的受彎承載力和抗裂度，該加固技術可直接應用于實際工程。

【關鍵詞】預應力；CFRP板；混凝土梁

一、預應力施加的原理及方法

（1）預應力施加體系。預應力CFRP板加固是一項新型加固技術，其加固原理是在混凝土粱內建立永久存在的預應力，初始預應力可用來平衡結構的自重和一部分荷載。從而能夠充分發(fā)揮高強CFRP板的增強效果。諸如推遲裂縫的開展、有效減小裂縫寬度和撓度、緩解內部鋼筋的應變、更大程度地提高結構的屈服荷載和極限承載能力等，從而節(jié)約碳纖維用量。國內外不少研究單位在試驗和實踐中研究了施加預應力體系，主要方法有以下三種：一是反拱法。先將FRP片材用環(huán)氧樹脂粘貼到梁的受拉面，然后用千斤頂從FRP片材外將梁從中部頂起，待膠固化后卸載，這樣就對梁施加了一定的預應力。趙啟林等通過這種方法對碳纖維布施加預應力來加固鋼梁，但是該方法僅適用于纖維片材，施工時易造成梁上部開裂，施加的預應力水平較低且不易控制，使用時具有一定的局限性。二是不設置永久錨具的外部張拉法。先用特制的預張拉設備張拉CFRP片材，再用環(huán)氧樹脂將其粘貼到粱的受拉面，膠固化后，在梁的兩端剪斷，即施加了預應力。尚守平等在試驗中施加預應力時均采用此種方法，理論計算和試驗研究表明，采用該方法，預應力碳纖維布的張拉水平為200～400MPa，預應力水平較低。為提高初始預應力水平，應研究預應力FRP在梁端的有效錨固措施。三是在加固構件上設置永久性錨具。此法不需要外部反力架體系，像傳統(tǒng)預應力結構一樣在待加固梁上設置永久性錨具，涂覆有環(huán)氧膠的CFRP板。以加固構件本身作為反力架進行預應力張拉，張拉完畢后便粘貼、錨固在構件上，可減小預應力碳纖維放張時粘貼層的剪切變形，從而降低了傳遞給混凝土表面的剪力，有效防止了加固梁發(fā)生早期破壞，使CFRP板的強度能充分發(fā)揮，更適合加固現(xiàn)場施工操作，具有較好的應用前景。（2）端錨預應力CFRP板的張拉和錨固設備。施工機具由預應力CFRP板錨具、張拉端支架、固定端支架及預應力張拉設備組成。該錨具利用摩阻錨固原理設計。由夾片和錨板組成，工作時利用CFRP板的回縮帶動夾片一起移動，使夾片擠緊在錨板內壁上；同時擠壓力也使夾片將CFRP板緊緊夾住。產(chǎn)生極大的摩擦力，從而阻止CFRP板的回縮。由于CFRP板表面光滑，易產(chǎn)生刨皮現(xiàn)象，所以在夾片內側涂抹金剛砂．以增加夾片與CFRP板的有效摩擦力。錨具必須通過一定的裝置固定在梁底，才能保證預應力有效傳遞。本文采用固定端支架和張拉端支架對錨具進行固定：固定端用沖擊鉆開5.5mm孔。由環(huán)氧樹脂將固定端支架固定在梁底：張拉端采用化學錨栓固定。在CFRP張拉施工中，主要張拉設備包括千斤頂和供油用的高壓油泵。千斤頂和油泵的類型主要根據(jù)錨具的型號和張拉力大小而定。

二、預應力CFRP板加固混凝土梁施工技術

（1）施工工藝流程。一是CFRP板按工程所需長度下料，并在兩端與錨具固接，對CFRP板進行預拉。二是確定加固結構的錨固點，并按需要鑿出深20mm的長方形凹槽，以便放置錨具和張拉千斤頂。三是采用打孔機器打孔，以便安裝支架。四是安裝固定端和張拉端支架。五是將待粘貼CFRP板的混凝土表面打磨平整，并將打磨過的混凝土表面及CFRP的粘貼面清洗干凈，在CFRP板上涂環(huán)氧膠。六是將CFRP板錨具裝入固定端和張拉端。七是趁環(huán)氧膠尚未固化時對CFRP板進行張拉，張拉過程共分5級，每次加載完畢，應記錄CFRP板的應變讀數(shù)，把螺母稍旋緊。八是松開油泵的油門進行卸載。九是環(huán)氧膠固化后。對加固處進行必要清理。（2）施工技術要點。在CFRP板涂環(huán)氧膠前，應采用丙酮或酒精清洗板表面并保持清潔。為確保一定的張拉伸長，CFRP板上距張拉端30cm段和距錨固端5cm段不要涂膠。正式張拉前對CFRP板施加8～lOkN的初荷載拉直CFRP板．再次檢查各部件定位是否適合，以減小張拉過程中因CFRP板和錨具的滑移而造成的預應力損失。趁環(huán)氧膠尚未固化時，對CFRP板進行分級張拉。每次加載完畢后靜置l～2min。待CFRP板變形穩(wěn)定后，通過記錄儀讀出應變讀數(shù)，并用扳手把螺母稍旋緊，最后一次讀數(shù)完畢后將螺母旋緊固定，盡可能減少由于螺栓未卡緊造成的預應力損失。有效控制張拉應力的大小?？刂茟^小，達不到預計效果；過度的預應力會在外貼板材端部區(qū)域產(chǎn)生過高的剪應力，造成錨固退化，使有效預應力降低。影響加固效果。必須選擇優(yōu)質的CFRP板和粘貼膠，施工中應進行嚴格的過程質量控制，注意CFRP板與膠的配套。

三、結語

CFRP板作為新型高強材料，若粘貼前將其預先張拉到一定設計應力后錨固于構件表面，不但可加強構件的抗彎承載力和抗裂度，還可充分利用其強度。同時，采用預應力技術可大大減少CFRP板的用量，降低工程總造價，因此預應力碳纖維板加固混凝土構件比普通粘貼CFRP板加固方式具有明顯的優(yōu)勢。本技術成熟可靠，使用簡單，易于推廣。