預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨具試驗研究

區(qū)錫祥

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，纖維復(fù)合材料由于具有比重小，材料強度高，耐腐蝕性好，已經(jīng)逐漸被應(yīng)用到各個領(lǐng)域當中。尤其是在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)，可以最大限度發(fā)揮碳纖維板的強度，從而增加其承載極限以及使用性能。合理有效的碳纖維板錨具是碳纖維板加固技術(shù)關(guān)鍵組成部分，可以通過對不同錨固技術(shù)進行實驗研究，分析影響錨具機理與性能的因素，并且研制出符合實際的碳纖維板錨具。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；碳纖維板；錨具試驗

由于碳纖維材料擁有耐腐蝕性比較好、強度比較高、施工比較方便、工作效率高以及自身重量小等特點，在建筑施工結(jié)構(gòu)中已經(jīng)逐漸得到十分廣泛的應(yīng)用。隨著時間的不斷推移，橋梁及建筑工程結(jié)構(gòu)逐漸老化，使其需要加固。目前，傳統(tǒng)的加固技術(shù)如體外索結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自重會增加結(jié)構(gòu)負荷，防腐要求高。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)發(fā)展的十分迅速，并且由于擁有很多優(yōu)點在對工程加固過程中得到實際應(yīng)用。但是由于纖維板強度高、抗剪抗壓強度低以及表面比較光滑，且材料較脆。所以碳纖維板錨具要求較高，錨固技術(shù)比較困難。因此，本文研究了預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨具試驗。

1.實驗方案

在混凝土加固過程中使用預(yù)應(yīng)力碳纖維板的時候，對錨具的要求比較特別，一般境況下，如果選用普通的粘結(jié)方式，對于碳纖維板來說不能滿足實際的工程需要，因此，需要采用一定機械措施以及摩擦力來對錨固效果進行加強。

為了很好的達到實際需要效果，我們對碳纖維板進行鋼板夾錨具的設(shè)計，把碳纖維板放在夾具之中，在被加固構(gòu)件上采取高強螺栓對錨具進行固定，通過施加一定的預(yù)應(yīng)力，來提高錨具的摩擦作用，通過實驗的方式來進行驗證。碳纖維錨具示意圖如下：

圖一 錨具示意圖

2.實驗材料

根據(jù)實際的工程需要對碳纖維板進行選取，選擇碳纖維板一般都是選用進口絲拉擠成型的碳纖維板，厚度一般為2、3mm，寬度一般為50、100mm兩種規(guī)格，抗拉強度為2400MPa，彈性模量一般為165GPa。用來進行錨固的錨具，采用40Cr材質(zhì)。錨具與混凝土的連接，采用化學錨栓。而碳板中段的壓塊，選用鋼材Q235就行，上下錨板厚度為16mm和10mm。，使用8.8級高強螺栓。采用專門配置出來的改性環(huán)氧樹脂膠黏劑；選擇40噸的液壓千斤頂。

3.實驗過程

依據(jù)每次試驗的實驗現(xiàn)象以及實驗方案，對影響碳纖維板錨具的因素進行不斷探索，從而設(shè)計出一定的參數(shù)。

實驗流程：第一，等距離在碳纖維中間貼上五個應(yīng)變片；第二，依據(jù)上表的實際情況對碳纖維布墊層兩端進行加固；第三，把反力架上的張拉臂打開，并且把下錨板固定在張拉臂左右兩側(cè)的剛翼上；第四，千斤頂安裝在銷釘與碳纖維板之間。掌握好距離；第五，根據(jù)上表參數(shù)對碳纖維板進行固定，固定在兩錨板之間，有兩種制作工藝，包括加壓粘結(jié)、無粘結(jié)，進行加壓粘結(jié)時候，需要把碳纖維利用膠黏劑粘合在錨板上，并且固化三到四天。第六，施加剛壓條，并且對螺栓施加預(yù)應(yīng)力，使得錨板間產(chǎn)生一定壓力，從而把碳纖維板加緊，可以選擇扭矩扳手來施加預(yù)應(yīng)力；第七，把應(yīng)變片安裝到數(shù)據(jù)線上，也就是構(gòu)件完成安裝就可以進行實驗；

4.實驗結(jié)果分析

我們選出碳纖維平板錨具的7種不相同的錨固措施進行試驗并研究，實驗結(jié)果如下，其中的極限平均應(yīng)力是由5個經(jīng)過試驗應(yīng)變片的極限應(yīng)力的平均值乘以碳纖維板彈性模量計算而來：

（1）試件一是僅對螺栓施加預(yù)應(yīng)力，沒有碳纖維布墊層和粘結(jié)措施，所以測得的應(yīng)力無規(guī)則變化，不均勻，中間應(yīng)力比上下兩端應(yīng)力小的多，說明中間部分的碳纖維板錨固效果比較差；

（2）試件二是碳纖維板滑出導(dǎo)致的破壞形態(tài)，增大螺栓的預(yù)壓力，這樣稍微提高了碳纖維板的極限應(yīng)力；

（3）試件三增加了很大的螺栓預(yù)壓力，碳纖維板的極限平均應(yīng)力提高幅度非常大，這說明了螺栓預(yù)壓力很大程度上提高了錨具的錨固效果，作用非常的明顯；

（4）試件四不僅加厚了纖維布墊層，而且在錨板上加一個鋼壓條，大大提高了極限應(yīng)力，同時測得的應(yīng)變很均勻，這說明了鋼壓條可以改善應(yīng)力不均勻；

（5）試件五調(diào)整纖維板上面上三層的寬度，結(jié)果測得應(yīng)變更加的均勻，同時也稍微提升了極限應(yīng)力，得到更理想的破壞形勢，這說明了碳纖維布墊層的寬度對錨具錨固效果產(chǎn)生了穩(wěn)固的效果。

（6）試件六實際上是墊層與碳纖維板以及錨板之間進行涂刷粘結(jié)，從而使極限應(yīng)力幅度提高比較大，在60kN的壓力情況下，出現(xiàn)的滑動不是很大。

（7）試件七其實是在試件六的基礎(chǔ)之上，把螺栓的預(yù)應(yīng)力增加到80kN，使得極限平均值達到1540MPa，而且碳纖維板沒有出現(xiàn)滑動現(xiàn)象，從而可以滿足錨固的實際要求。

5.結(jié)束語

綜上所述，本文對七種不同碳纖維板錨具及錨固方式進行加固實驗，通過分析結(jié)果可以得到：在鋼板與碳纖維板采用膠黏劑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，對碳纖維板進行高強螺栓試壓，可以很好的提高鋼板對碳纖維板錨固能力，而且錨具的鋼板上擁有一定剛度，因此，可以減少形變，提高錨具效果，從而滿足工程實際需求。

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