浅谈加固混凝土梁的施工技术

朱鹏飞

【摘要】预应力CFRP板加固与非预应力CFRP板加固方法相比，CFRP板材具有质量性能稳定、施工便捷等特点。可提高构件的受弯承载力和抗裂度，该加固技术可直接应用于实际工程。

【关键词】预应力；CFRP板；混凝土梁

一、预应力施加的原理及方法

（1）预应力施加体系。预应力CFRP板加固是一项新型加固技术，其加固原理是在混凝土粱内建立永久存在的预应力，初始预应力可用来平衡结构的自重和一部分荷载。从而能够充分发挥高强CFRP板的增强效果。诸如推迟裂缝的开展、有效减小裂缝宽度和挠度、缓解内部钢筋的应变、更大程度地提高结构的屈服荷载和极限承载能力等，从而节约碳纤维用量。国内外不少研究单位在试验和实践中研究了施加预应力体系，主要方法有以下三种：一是反拱法。先将FRP片材用环氧树脂粘贴到梁的受拉面，然后用千斤顶从FRP片材外将梁从中部顶起，待胶固化后卸载，这样就对梁施加了一定的预应力。赵启林等通过这种方法对碳纤维布施加预应力来加固钢梁，但是该方法仅适用于纤维片材，施工时易造成梁上部开裂，施加的预应力水平较低且不易控制，使用时具有一定的局限性。二是不设置永久锚具的外部张拉法。先用特制的预张拉设备张拉CFRP片材，再用环氧树脂将其粘贴到粱的受拉面，胶固化后，在梁的两端剪断，即施加了预应力。尚守平等在试验中施加预应力时均采用此种方法，理论计算和试验研究表明，采用该方法，预应力碳纤维布的张拉水平为200～400MPa，预应力水平较低。为提高初始预应力水平，应研究预应力FRP在梁端的有效锚固措施。三是在加固构件上设置永久性锚具。此法不需要外部反力架体系，像传统预应力结构一样在待加固梁上设置永久性锚具，涂覆有环氧胶的CFRP板。以加固构件本身作为反力架进行预应力张拉，张拉完毕后便粘贴、锚固在构件上，可减小预应力碳纤维放张时粘贴层的剪切变形，从而降低了传递给混凝土表面的剪力，有效防止了加固梁发生早期破坏，使CFRP板的强度能充分发挥，更适合加固现场施工操作，具有较好的应用前景。（2）端锚预应力CFRP板的张拉和锚固设备。施工机具由预应力CFRP板锚具、张拉端支架、固定端支架及预应力张拉设备组成。该锚具利用摩阻锚固原理设计。由夹片和锚板组成，工作时利用CFRP板的回缩带动夹片一起移动，使夹片挤紧在锚板内壁上；同时挤压力也使夹片将CFRP板紧紧夹住。产生极大的摩擦力，从而阻止CFRP板的回缩。由于CFRP板表面光滑，易产生刨皮现象，所以在夹片内侧涂抹金刚砂．以增加夹片与CFRP板的有效摩擦力。锚具必须通过一定的装置固定在梁底，才能保证预应力有效传递。本文采用固定端支架和张拉端支架对锚具进行固定：固定端用冲击钻开5.5mm孔。由环氧树脂将固定端支架固定在梁底：张拉端采用化学锚栓固定。在CFRP张拉施工中，主要张拉设备包括千斤顶和供油用的高压油泵。千斤顶和油泵的类型主要根据锚具的型号和张拉力大小而定。

二、预应力CFRP板加固混凝土梁施工技术

（1）施工工艺流程。一是CFRP板按工程所需长度下料，并在两端与锚具固接，对CFRP板进行预拉。二是确定加固结构的锚固点，并按需要凿出深20mm的长方形凹槽，以便放置锚具和张拉千斤顶。三是采用打孔机器打孔，以便安装支架。四是安装固定端和张拉端支架。五是将待粘贴CFRP板的混凝土表面打磨平整，并将打磨过的混凝土表面及CFRP的粘贴面清洗干净，在CFRP板上涂环氧胶。六是将CFRP板锚具装入固定端和张拉端。七是趁环氧胶尚未固化时对CFRP板进行张拉，张拉过程共分5级，每次加载完毕，应记录CFRP板的应变读数，把螺母稍旋紧。八是松开油泵的油门进行卸载。九是环氧胶固化后。对加固处进行必要清理。（2）施工技术要点。在CFRP板涂环氧胶前，应采用丙酮或酒精清洗板表面并保持清洁。为确保一定的张拉伸长，CFRP板上距张拉端30cm段和距锚固端5cm段不要涂胶。正式张拉前对CFRP板施加8～lOkN的初荷载拉直CFRP板．再次检查各部件定位是否适合，以减小张拉过程中因CFRP板和锚具的滑移而造成的预应力损失。趁环氧胶尚未固化时，对CFRP板进行分级张拉。每次加载完毕后静置l～2min。待CFRP板变形稳定后，通过记录仪读出应变读数，并用扳手把螺母稍旋紧，最后一次读数完毕后将螺母旋紧固定，尽可能减少由于螺栓未卡紧造成的预应力损失。有效控制张拉应力的大小。控制应力过小，达不到预计效果；过度的预应力会在外贴板材端部区域产生过高的剪应力，造成锚固退化，使有效预应力降低。影响加固效果。必须选择优质的CFRP板和粘贴胶，施工中应进行严格的过程质量控制，注意CFRP板与胶的配套。

三、结语

CFRP板作为新型高强材料，若粘贴前将其预先张拉到一定设计应力后锚固于构件表面，不但可加强构件的抗弯承载力和抗裂度，还可充分利用其强度。同时，采用预应力技术可大大减少CFRP板的用量，降低工程总造价，因此预应力碳纤维板加固混凝土构件比普通粘贴CFRP板加固方式具有明显的优势。本技术成熟可靠，使用简单，易于推广。