預(yù)應(yīng)力碳纖維簡介

CFRP片材中引入預(yù)應(yīng)力來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固是一種嶄新的技術(shù)。近年來國內(nèi)外已經(jīng)有不少研究單位相繼開展了這方面的研究。如Triantafillou（1992）、Deuring（1993）、Meier&Wight（1995）、Izumo（1997）、Garden（1998）、Quantrill & Hollaway（1998）等，其中Deuring（1993）用張拉的方法對厚度1mmCFRP片材施加預(yù)應(yīng)力，靠一套裝置對6m長的T型梁做外加固。Deuring試驗中對片材施加預(yù)應(yīng)力至1000Mpa，相當(dāng)于其強(qiáng)度的50%。測試結(jié)果表明與未加固梁相比，用預(yù)應(yīng)力CFRP片材加固的梁的抗彎強(qiáng)度增加了32%。Deuring同時進(jìn)行了疲勞試驗，將CFRP片材施加預(yù)應(yīng)力至其強(qiáng)度的50%，進(jìn)行了三千萬次循環(huán)，沒有出現(xiàn)混凝土或板材破壞的跡象。 Deuring對CFRP片材施加預(yù)應(yīng)力的方法是將預(yù)應(yīng)力引入加固用CFRP片材最常用的三種方法之一。另兩種方法是：(1)在粘貼CFRP片材之前對抗彎構(gòu)件反撓曲，然后放松彎曲，在片材中產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力（Saadatmanesh & Ehsani1991; Char et al. 1994）；(2)用受彎構(gòu)件的反作用張拉片材（Izumo et al. 1997; Saeki et al. 1997; Wight et al. 1996; Elhacha et al. 1999; Elhacha et al. 2000; Elhacha et al. 2000）。在后一種方法中，CFRP片材粘貼在安裝于抗彎構(gòu)件兩端分開的錨具上。不斷拉緊端部的錨具，用安裝的錨具的反作用來張拉片材，其作用方向與固定的錨栓相反。Wight et al.（1996）開發(fā)了一種使用圓形鋼筋錨栓的CFRP預(yù)應(yīng)力體系，將之使用在5.0米長鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土梁上。初始預(yù)應(yīng)力水平在500Mpa和600Mpa之間，試驗時有效預(yù)應(yīng)力水平為250Mpa，相當(dāng)于片材現(xiàn)有保證強(qiáng)度的20%。El-hacha et al.（1999）最近延伸了這項工作，他在1/3范圍預(yù)開裂且嚴(yán)重破壞的混凝土梁上使用錨固/預(yù)應(yīng)力體系。錨固體系設(shè)計采用平板對CFRP片材加預(yù)應(yīng)力。CFRP片材開始張拉至650 Mpa，相當(dāng)于片材極限抗拉強(qiáng)度的50%。瑞士EMPA（瑞士聯(lián)邦材料檢測與研究實驗室）在1993年前后在世界上首次進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力CFRP板的試驗研究。1997年，EMPA對現(xiàn)場施工的SikaLEOBA 后張法進(jìn)行了張拉和錨固試驗，其后于1998年首次將預(yù)應(yīng)力CFRP板引入橋梁工程加固。1999年以后，又相繼用于法蘭克福某銀行大樓的剪力墻等建筑結(jié)構(gòu)加固工程中。通過不斷的工程實踐和改進(jìn)，2002年初Sika公司向市場推出兩種成熟的預(yù)應(yīng)力板體系。采用預(yù)應(yīng)力CFRP板對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法具有許多優(yōu)點。與預(yù)應(yīng)力鋼筋比，它質(zhì)輕，易于操作，無應(yīng)力腐蝕開裂的危險，易于對已有結(jié)構(gòu)施加預(yù)加應(yīng)力。與不加預(yù)應(yīng)力的CFRP片材結(jié)構(gòu)加固比，它可以更充分地利用CFRP板的高強(qiáng)性能，減少材料的使用量，增強(qiáng)適用性（減小裂縫寬度甚至閉合裂縫，減小原有鋼筋應(yīng)力，減小原有結(jié)構(gòu)的過大撓度），增加結(jié)構(gòu)正常使用期限和安全度與耐久性（減小材料強(qiáng)度的發(fā)揮對膠性能的依賴性，增加結(jié)構(gòu)的密實度和耐腐蝕性）。由此可見，預(yù)應(yīng)力CFRP板加固方法的進(jìn)一步推廣使用，不論從結(jié)構(gòu)加固，還是從CFRP材料的使用來說，都將是一個新的發(fā)展趨勢。