预应力碳纤维简介

CFRP片材中引入预应力来对结构进行补强加固是一种崭新的技术。近年来国内外已经有不少研究单位相继开展了这方面的研究。如Triantafillou（1992）、Deuring（1993）、Meier&Wight（1995）、Izumo（1997）、Garden（1998）、Quantrill & Hollaway（1998）等，其中Deuring（1993）用张拉的方法对厚度1mmCFRP片材施加预应力，靠一套装置对6m长的T型梁做外加固。Deuring试验中对片材施加预应力至1000Mpa，相当于其强度的50%。测试结果表明与未加固梁相比，用预应力CFRP片材加固的梁的抗弯强度增加了32%。Deuring同时进行了疲劳试验，将CFRP片材施加预应力至其强度的50%，进行了三千万次循环，没有出现混凝土或板材破坏的迹象。 Deuring对CFRP片材施加预应力的方法是将预应力引入加固用CFRP片材最常用的三种方法之一。另两种方法是：(1)在粘贴CFRP片材之前对抗弯构件反挠曲，然后放松弯曲，在片材中产生预应力（Saadatmanesh & Ehsani1991; Char et al. 1994）；(2)用受弯构件的反作用张拉片材（Izumo et al. 1997; Saeki et al. 1997; Wight et al. 1996; Elhacha et al. 1999; Elhacha et al. 2000; Elhacha et al. 2000）。在后一种方法中，CFRP片材粘贴在安装于抗弯构件两端分开的锚具上。不断拉紧端部的锚具，用安装的锚具的反作用来张拉片材，其作用方向与固定的锚栓相反。Wight et al.（1996）开发了一种使用圆形钢筋锚栓的CFRP预应力体系，将之使用在5.0米长钢筋预应力混凝土梁上。初始预应力水平在500Mpa和600Mpa之间，试验时有效预应力水平为250Mpa，相当于片材现有保证强度的20%。El-hacha et al.（1999）最近延伸了这项工作，他在1/3范围预开裂且严重破坏的混凝土梁上使用锚固/预应力体系。锚固体系设计采用平板对CFRP片材加预应力。CFRP片材开始张拉至650 Mpa，相当于片材极限抗拉强度的50%。瑞士EMPA（瑞士联邦材料检测与研究实验室）在1993年前后在世界上首次进行了预应力CFRP板的试验研究。1997年，EMPA对现场施工的SikaLEOBA 后张法进行了张拉和锚固试验，其后于1998年首次将预应力CFRP板引入桥梁工程加固。1999年以后，又相继用于法兰克福某银行大楼的剪力墙等建筑结构加固工程中。通过不断的工程实践和改进，2002年初Sika公司向市场推出两种成熟的预应力板体系。采用预应力CFRP板对结构进行加固的方法具有许多优点。与预应力钢筋比，它质轻，易于操作，无应力腐蚀开裂的危险，易于对已有结构施加预加应力。与不加预应力的CFRP片材结构加固比，它可以更充分地利用CFRP板的高强性能，减少材料的使用量，增强适用性（减小裂缝宽度甚至闭合裂缝，减小原有钢筋应力，减小原有结构的过大挠度），增加结构正常使用期限和安全度与耐久性（减小材料强度的发挥对胶性能的依赖性，增加结构的密实度和耐腐蚀性）。由此可见，预应力CFRP板加固方法的进一步推广使用，不论从结构加固，还是从CFRP材料的使用来说，都将是一个新的发展趋势。