銷釘錨具無粘結下碳纖維布錨固試驗★

龍秋穎 袁 佳 李 冰 張瀚天

(佳木斯大學建筑工程學院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引言

自新中國成立起，我國經濟一直處在持續的增長階段，人們對于建筑行業的需求越來越廣泛。由于生活質量的提高，人們對住宅實用性、舒適性等要求越來越嚴格，從而建筑結構改造與加固成為了近幾年的熱門，促進了加固與改造行業的發展。目前我們面臨的主要問題是：現有建筑物或構筑物的長期使用，將達到設計的使用期限及結構承載力，抗震性能，安全性能有所降低。因此，怎樣提高已有建筑結構承載力，抗震性等性能是目前加固改造行業需要解決的首要問題。

CFRP加固具有施工簡單、用時短、強度高、自重小等優點，對工程加固中的應用越來越廣泛[1-3]。但采用將碳纖維布直接粘貼于構件上的方式，混凝土和碳纖維的粘結界面易發生剝離破壞，同時碳纖維應力滯后二次受力強度不能得到充分發揮，而且不能改善結構的撓度和裂縫寬度。對碳纖維布施加預應力可以抑制這些現象的產生。因此，碳纖維布施加預應力的端部錨固問題是目前加固工程中必須要解決的關鍵問題[4-7]。本文研究了銷釘錨具在無粘結碳纖維布下的錨固情況。

1 試驗方案

本次共做了10組試驗，構件的基本尺寸如表1所示，分別研究銷釘錨具銷釘個數、銷釘直徑對錨固力影響效果。

表1 張拉構件基本性能

2 試驗材料

2.1 碳纖維片材

本文使用Sg300a型碳纖維布，厚度為0.167 mm，具體力學性能指標如表2所示。

2.2 建筑結構膠

使用的碳纖維加固膠為MLJ型碳纖維粘貼結構膠組合型，配合比為3～4∶1用于碳纖維布的粘貼。力學性能指標見表3。

表2 Sg300a碳纖維布力學性能指標

表3 粘結劑力學性能指標

2.3 儀器及加載方式

本文主要采用萬能張拉試驗機，扭動扳手；加載方式采用勻速加載方式。

3 實驗結果

本試驗主要觀察對象有錨具端部碳纖維滑移量，碳纖維布的破壞形式等。

3.1 試驗現象分析

加載方式我們采用勻速加載。剛開始加載時，碳纖維無現象，當荷載達到極限1/3時，會聽到碳纖維噼啪聲，隨著荷載的增加，噼啪聲越來越明顯，張拉端碳纖維開始出現滑移，荷載達到極限時力瞬間下降，構件宣告破壞。滑移現象很明顯，將銷釘板打開觀察發現，橫向纖維均撕裂到豎向纖維邊緣，見圖1。

3.2 數據分析

根據極限破壞值可看出(見表4)，銷釘錨具純剪切下破壞情況是銷釘兩側的橫向纖維撕裂到與銷釘距離最短的豎向纖維邊緣構件破壞，此次試驗得知，隨著銷釘個數的增加，不但沒有增加銷釘錨具的整體抗剪切力，相反降低了銷釘錨具的抗剪切力值。銷釘錨具在無粘結下對碳纖維布的錨固能力有限。

表4 構件極限破壞情況

3.3 距離銷釘長度與變形關系

通過進行大量的試驗發現：銷釘錨具對碳纖維布的錨固能力是在碳纖維布銷釘孔附近一定范圍內實現的，碳纖維布發生錨固破壞后，銷釘附近碳纖維布的變形情況非常相近，銷釘錨具在無粘結作用下，銷釘的抗剪切力在一定影響長度范圍內的碳纖維布的變形情況基本相同，即銷釘抗剪切力影響的長度范圍內與其相應的位移存在著相同的曲線關系，由此可知碳纖維布僅受單根銷釘抗剪切力作用下，碳纖維布所受的抗剪切應力分布是從銷釘上方向兩邊逐漸減小，當超出銷釘影響長度范圍內的碳纖維則不受銷釘抗剪切力的作用[8]，如圖2所示。由此銷釘錨具受到張拉力作用時，距離銷釘長度與碳纖維布變形成曲線分布。因此我們畫出距離銷釘長度—變形曲線圖。我們將該曲線近似成折線圖，見圖2。

距離銷釘長度—位移計算公式為：

(1)

a是隨著銷釘附近碳纖維布的變形增大而增大；當碳纖維布受某一荷載張拉時，碳纖維布在銷釘錨具無粘結錨固作用下的最大變形值。

銷釘的影響范圍l是隨著張拉力的變化而有所改變的，隨著荷載的增大銷釘的抗剪承載力增大，加劇碳纖維布產生更大的變形；l值與銷釘直徑相對碳纖維布寬度的比值有關；b/d比值越大，則銷釘的影響范圍l越大。

4 結語

本次試驗的目的主要研究碳纖維在無粘結，無摩擦力作用下銷釘的抗剪切力對碳纖維布錨固能力，根據試驗現象與試驗數據得到以下結論：

1)從表中可知，銷釘直徑為4 mm時，碳纖維承受的極限承載力最大,其最大值為Fmax=7.48 kN。銷釘錨具中銷釘承受錨固力值有限。隨著銷釘的增多，銷釘與纖維布最外邊緣距離減少，降低了橫向纖維與縱向纖維之間的粘結力，減小了對碳纖維布的錨固能力。

2)銷釘錨具對碳纖維布錨固，僅考慮銷釘抗剪切力對碳纖維布錨固有限，還需考慮粘結力、上下鋼板錨固共同作用下的對碳纖維布的錨固能力。

3)碳纖維布受銷釘的純剪切力作用下，銷釘在抗剪切力影響范圍內的長度與相應的碳纖維布變形基本相同；根據兩者之間存在的一定變形，我們推導出距離銷釘長度—碳纖維布變形公式。