波形齿夹具锚锚固碳纤维布加固混凝土梁试验研究

在碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯试验中,首次采用波形齿夹具锚对碳纤维布进行锚固。研究证实这种端部锚固方法能够阻止片材由于弯剪斜裂缝引起的剥离向端部发展,将片材的剥离限制在局部区域内;在加载的中后期,锚具承担了碳纤维布中大部分拉力,防止了片材与混凝土之间粘结树脂过大的剪切变形,有效地防止了片材的剥离破坏;采用波形齿夹具锚对碳纤维布进行锚固,对提高片材的利用率具有非常显著的作用,特别是当碳纤维布层数较多、厚度较大时。

波形齿夹具锚与碳纤维布U形箍锚固作用的对比试验

对抗弯加固的碳纤维布,其一端采用波形齿夹具锚锚固,另一端采用碳纤维布U形箍锚固,进行了4根抗弯加固梁的荷载试验。试验结果表明在碳纤维布加固量较小的情况下,碳纤维布U形箍的锚固效果对纵向碳纤维布的强度发挥是有效的;但在碳纤维布加固量较大的情况下,碳纤维布U形箍被剪断,纵向碳纤维布的强度不能充分发挥。进一步的分析表明,碳纤维布U形箍仅相当于一种柔性的约束,而波形齿夹具锚的锚固相当于一种较刚性的约束。对比试验结果充分表明,波形齿夹具锚的锚固效果优于碳纤维布U形箍。

FRP片材波形齿夹具锚的原理

已有的FRP拉索锚固系统有制造工艺复杂、尺寸较大、可靠性差、成本昂贵等缺陷。本文从全新的角度提出一种基于FRP片材的复合材料拉索锚固系统———波形齿夹具锚锚固系统。波形齿夹具锚主要由上波形齿板、加劲波形板、下波形齿板、压紧及锁定装置等组成。依靠压紧及锁定装置将FRP片材夹持并锚固于上、下波形齿板及加劲波形板之间。从理论上分析了波形齿夹具锚的工作原理和力学模型,得出了波形齿夹具锚的锚固判别准则以及FRP片材锚固长度的影响因素,为波形齿夹具锚的优化设计奠定了基础。试验结果亦证明:波形齿夹具锚是以粘结力和摩擦力工作的,具有极高的可靠性和完美的力学性能。

波形齿夹具锚和U型箍锚固作用的力学机理

建立了波形齿夹具锚和U型箍对纵向FRP片材锚固作用的简化组合模型,并对其进行全过程受力分析,得到了各自的荷载-端部位移曲线。分析结果表明:U型箍的锚固作用相当于一种柔性约束,其锚固力依靠自身的抗剪能力,这是FRP材料的弱项,因而U型箍所能提供的锚固力十分有限,并且也很容易被纵向FRP片材剪断;相反,波形齿夹具锚相当于一种机械锚固,其锚固力来自螺栓的抗剪能力,这是钢材的强项,因此波形齿夹具锚的锚固作用远优于U型箍。

波形齿夹具锚在碳纤维片材加固技术及预应力技术中应用研究

FRP片材是目前高强度复合材料在实际工程中应用最广泛的材料类型,波形齿夹具锚正是针对FRP片材开发的一种锚具,解决了FRP片材在实际工程中难于夹持和锚固的难题。以波形齿夹具锚为核心,我们开发出一系列新的FRP加固技术及其预应力技术,并进行了广泛、深入的试验研究。现选取部分试验对这些研究成果进行简要介绍。

一种锚固FRP片材的体外预应力新方法

设计构思一种全新的体外锚固FRP片材预应力加固方法,充分利用波形齿夹具锚的特点,采用两端先固定,再中间紧固,强迫FRP片材几何伸长产生预拉力。利用从成渝高速公路上拆除的桥梁旧构件,进行体外锚固碳纤维布预应力加固试验,试验结果证明,该方法施加预应力十分简单方便、工艺切实可行,无须专门的张拉设备,并且显著地提高了加固效果,具有十分广阔的推广应用前景。

锚固多层碳纤维布加固钢筋混凝土梁的试验研究

为了进一步验证采用波形齿夹具锚锚固碳纤维布可以完全避免碳纤维布端部的剥离破坏,分别对采用粘贴4,6,8,10层碳纤维布加固的4根钢筋混凝土梁进行了抗弯加载试验。试验结果表明,由于采用了波形齿夹具锚作为碳纤维布的端部锚固措施,尽管粘贴的碳纤维布层数较多,并且碳纤维布的粘贴质量也较差,然而抗弯加固的碳纤维布都没有出现端部的剥离失效问题,并且碳纤维布的强度也得到了较充分的发挥。

一种锚固FRP片材的体外预应力新方法

设计构思一种全新的体外锚固FRP片材预应力加固方法,充分利用波形齿夹具锚的特点,采用两端先固定,再中间紧固,强迫FRP片材几何伸长产生预拉力。利用从成渝高速公路上拆除的桥梁旧构件,进行体外锚固碳纤维布预应力加固试验,试验结果证明,该方法施加预应力十分简单方便、工艺切实可行,无须专门的张拉设备,并且显著地提高了加固效果,具有十分广阔的推广应用前景。

高温环境下预张碳纤维板的锚固性能研究

在桥梁建筑结构的加固中,有时存在一些高温环境,可能会使预应力碳纤维板产生较大的预应力损失,甚至出现碳纤维板的锚夹具夹持不牢而失效的情况.针对此设计了一组预应力碳纤维板试件,在高预应力水平(2 000 MPa左右)、高温环境(85℃左右)下进行应力损失观测;最后进行了碳纤维板的拉伸破断试验.试验观测表明,不计碳纤维板在放张时的短期应力损失,在11 d的高温及高应力双重作用下,预应力碳纤维板的总应力损失不足3%;拉伸破断试验也证实碳纤维板在波形锚中的锚固性能良好.

预应力碳纤维带快速加固空心板的试验研究

体外锚固预应力碳纤维带加固是一种基于波形齿夹具锚(简称波形锚)的主动预应力加固技术,它采用非粘贴的、预制的、现场安装和张拉FRP片材的技术,施工速度很快。为了模拟实际桥梁的加固,特别寻找了1片废弃的10 m的预应力混凝土空心板梁进行快速加固试验。试验中对预应力张拉过程进行了测试,也对预应力损失进行了约7 d的观测,结果表明在张拉完成后3 h内预应力损失稍大,以后就非常微小,一条碳纤维带的有效预拉力达150 kN左右。最后也对空心板进行了加载试验,试验结果表明碳纤维带的强度发挥较充分,使得加固效果得到很大的提高。

预应力CFRP片材快速加固空心板的试验研究

体外锚固预应力CFRP片材加固是一种基于波形齿夹具锚(简称波形锚)的主动预应力加固技术,它采用非粘贴的、预制的、现场安装和张拉FRP片材的技术,施工速度很快。为了模拟实际桥梁的加固,特别寻找了一片废弃的10m预应力混凝土空心板梁进行快速加固试验。在空心板加固过程中,一条CFRP片材从两端固定到中间夹持和锚固,整个预应力张拉和锚固过程可以在30min内完成,实现了加固的快速施工。试验中对预应力张拉过程进行了测试,也对预应力损失进行了约7d的观测,结果表明在张拉完成后3h内预应力损失稍大,以后就非常微小,一条CFRP片材的有效预拉力达150kN左右。最后也对空心板进行了加载试验,试验结果表明CFRP片材的强度发挥较充分,使得加固效果得到很大的提高。