預應力碳纖維簡介

CFRP片材中引入預應力來對結構進行補強加固是一種嶄新的技術。近年來國內外已經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片材施加預應力，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應力至1000Mpa，相當于其強度的50%。測試結果表明與未加固梁相比，用預應力CFRP片材加固的梁的抗彎強度增加了32%。Deuring同時進行了疲勞試驗，將CFRP片材施加預應力至其強度的50%，進行了三千萬次循環，沒有出現混凝土或板材破壞的跡象。 Deuring對CFRP片材施加預應力的方法是將預應力引入加固用CFRP片材最常用的三種方法之一。另兩種方法是：(1)在粘貼CFRP片材之前對抗彎構件反撓曲，然后放松彎曲，在片材中產生預應力（Saadatmanesh & Ehsani1991; Char et al. 1994）；(2)用受彎構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）開發了一種使用圓形鋼筋錨栓的CFRP預應力體系，將之使用在5.0米長鋼筋預應力混凝土梁上。初始預應力水平在500Mpa和600Mpa之間，試驗時有效預應力水平為250Mpa，相當于片材現有保證強度的20%。El-hacha et al.（1999）最近延伸了這項工作，他在1/3范圍預開裂且嚴重破壞的混凝土梁上使用錨固/預應力體系。錨固體系設計采用平板對CFRP片材加預應力。CFRP片材開始張拉至650 Mpa，相當于片材極限抗拉強度的50%。瑞士EMPA（瑞士聯邦材料檢測與研究實驗室）在1993年前后在世界上首次進行了預應力CFRP板的試驗研究。1997年，EMPA對現場施工的SikaLEOBA 后張法進行了張拉和錨固試驗，其后于1998年首次將預應力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構加固工程中。通過不斷的工程實踐和改進，2002年初Sika公司向市場推出兩種成熟的預應力板體系。采用預應力CFRP板對結構進行加固的方法具有許多優點。與預應力鋼筋比，它質輕，易于操作，無應力腐蝕開裂的危險，易于對已有結構施加預加應力。與不加預應力的CFRP片材結構加固比，它可以更充分地利用CFRP板的高強性能，減少材料的使用量，增強適用性（減小裂縫寬度甚至閉合裂縫，減小原有鋼筋應力，減小原有結構的過大撓度），增加結構正常使用期限和安全度與耐久性（減小材料強度的發揮對膠性能的依賴性，增加結構的密實度和耐腐蝕性）。由此可見，預應力CFRP板加固方法的進一步推廣使用，不論從結構加固，還是從CFRP材料的使用來說，都將是一個新的發展趨勢。