梯度錨固預應力NSM CFRP 加固RC 梁靜力及疲勞性能研究

龔爽，彭暉，2?，粟淼，張建仁，2，鐘卿瑜

（1.長沙理工大學土木工程學院，湖南長沙 410114；2.橋梁工程安全控制教育部重點實驗室（長沙理工大學），湖南長沙 410114）

纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer，FRP）具備輕質、高強、耐腐蝕和耐疲勞性好等優異性能，已被廣泛應用于橋梁和建筑等工程結構的加固及新建工程中，其中碳纖維增強復合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）強度較高，在混凝土結構加固中應用最為廣泛［1-2］.為提高FRP 材料強度利用率，Triantafillou 等［3］對FRP 材料施加預應力，并提出了在保證預應力體系不發生錨固破壞條件下最大預應力水平的分析模型；葉列平等［4］研發了CFRP 布預應力張拉設備，進行了預應力CFRP 布外貼加固受彎梁的試驗研究，證實了對CFRP布施加預應力能有效提高加固梁的承載力，減小梁的撓度和裂縫寬度.為改善外貼預應力FRP 加固易發生FRP剝離的不足并省去FRP 永久錨具，國內外學者將預應力FRP 加固技術與表層嵌貼（Near Surface Mounted，NSM）技術［5-6］相結合，對FRP 先施加預應力，再嵌入到被加固結構的混凝土保護層內預先開好的槽中，并填入環氧樹脂將FRP 黏結于混凝土上.嵌貼方式顯著擴大了FRP 與混凝土的黏結面積從而提高了兩者之間的黏結能力，從而單靠嵌貼FRP-混凝土之間的黏結能力即可實現對預應力FRP 的錨固，無需設置較昂貴的CFRP 專門錨具，降低了加固成本.已有的試驗研究表明［7-9］：表層嵌貼預應力FRP 加固顯著提高了受彎構件的承載性能，有效抑制了外貼預應力FRP 加固中經常出現的近跨中剝離，在技術效果和經濟性方面具有獨特優勢，有望在中小跨度的混凝土結構中得到廣泛應用.

但另一方面，外貼和表層嵌貼FRP 加固混凝土梁都容易出現黏結端部混凝土保護層剝離現象，這是因為FRP 端部位置截面存在剛度突變，荷載作用下會產生較大應力集中.滕錦光等［10-11］提出了適用于NSM FRP 加固梁保護層剝離破壞的強度模型，并驗證了其良好的預測性能；Rezazadeh 等［12］針對端部保護層剝離破壞，假設了預應力FRP 端部斷面形狀，并提出用抵抗黏結長度來衡量抵抗剝離破壞的能力.嵌貼FRP 被施加預應力后端部混凝土保護層剝離破壞現象更易出現［13-14］，并可能導致加固梁過早破壞.預應力由嵌貼FRP 向混凝土傳遞時會在其黏結端部出現應力集中，加上荷載在此處引起的黏結應力，嵌貼FRP 端部截面的混凝土保護層更容易發生剝離.為延緩或避免預應力CFRP加固梁發生端部混凝土保護層剝離破壞，Motavalli 等［15-16］提出了“梯度預應力”概念，通過分級放張的方式人為增加預應力傳遞長度，減小傳遞長度內的應力集中；研制了用于外貼預應力CFRP 板加固實現梯度預應力的樹脂快速固化設備和放張設備，但由于設備較昂貴且使用復雜，該技術并未得到廣泛應用.嵌貼CFRP 的構造及工藝使得在CFRP-混凝土間二次或多次填充樹脂簡單方便，運用本課題組研發的碳纖維錨具、溫控養護設備和加固流程，并結合已有實橋加固經驗，將梯度預應力與表層嵌貼加固技術相結合，有利于發揮兩者的各自優勢，在實際工程中有一定的可行性和應用前景.因此，本文通過靜載試驗研究了梯度預應力設置方式對加固梁靜力性能的影響，通過疲勞試驗研究了梯度預應力和疲勞上限荷載對加固梁疲勞性能的影響.

1 研究方案

1.1 梯度錨固預應力構造

梯度錨固預應力是指通過分段放張預應力的方式使梁兩端CFRP 預應力在一定長度區段內呈梯度減小.較一般預應力加固不同，梯度錨固將放張端部的預應力（Δσ）拆分為數段，使端部CFRP 預應力與撓度和彎矩呈相似的變化趨勢，減小端部預應力差及對混凝土保護層的拉應力，并設置無預應力黏結段（0 MPa）以提供黏結錨具的作用，提高加固梁的變形協調性和受力性能，如圖1所示.

圖1 梯度錨固預應力示意Fig.1 Schematic diagram of gradually anchored prestressed

梯度錨固預應力的施工工藝分為以下步驟：

1）在加固區預制或開設凹槽并清理凹槽；

2）嵌入CFRP板條，張拉預應力并在跨中段填入黏結劑，室溫下養護5～7 d；

3）該段養護完成后，將預應力放張至設計梯度，填入黏結劑并養護；

4）重復步驟3）至完成所有梯度設置.

施工過程中，CFRP 預應力以張拉端力傳感器的力控為主，CFRP 的應變控制為輔，施工過程中未發現明顯的預應力損失.

試驗中施加梯度錨固預應力的裝置如圖2 所示.以梯度錨固預應力梁PS-LⅢ為例，具體步驟為：1）將開槽后的試驗梁放置于臺座內；2）嵌入CFRP板條，使用千斤頂張拉1 000 MPa 預應力，在跨中2 300 mm 長度內填入黏結劑后室溫養護；3）1 000 MPa 段養護完成，降低預應力至500 MPa，在1 000 MPa兩端各150 mm 區段填入黏結劑并養護；4）500 MPa 段養護完成，降低預應力至0 MPa，在500 MPa 兩端各150 mm 區段填入黏結劑并養護；5）養護后，梯度錨固預應力完成.

圖2 梯度錨固預應力裝置Fig.2 Gradually anchored prestressed device

1.2 試件設計

本文共設計了10 片表層嵌貼預應力CFRP 加固梁，其中4 片試驗梁用于研究不同端部梯度預應力設置對加固梁靜力性能的影響；6片試驗梁用于研究梯度錨固預應力對加固梁疲勞性能的影響.以梁PS-L0 的靜力極限承載力作為疲勞加載依據，設置疲勞加載試件的荷載上限分別為梁PS-L0 極限荷載的50%、60%和70%，疲勞下限為荷載上限的20%.具體試件設計如表1所示，試件編號中P代表預應力加固，S 為靜載梁，F 為疲勞梁，后接數字代表疲勞荷載上限與梁PS-L0 極限荷載的比值；I 表示預應力為500 MPa 的黏結段，Ⅱ表示預應力為0 MPa 的黏結段，Ⅲ表示預應力為500 MPa 與0 MPa 的組合段，U表示設置U 型箍，上述端部處置方式的長度均為300 mm，其中Ⅲ為500 MPa 與0 MPa 各150 mm 的組合.U 型箍由3 道寬度100 mm 單層外貼CFRP 布組成.

表1 梯度錨固預應力CFRP加固梁參數設計Tab.1 Parameter design of strengthened beams

梁全長3 500 mm，凈跨徑3 300 mm，截面尺寸160 mm×350 mm；混凝土強度等級為C40，采用一批次澆筑，在標準養護條件下養護28 d；配置受拉鋼筋，縱筋配筋率0.72%，箍筋通長布置；梁底預設兩條中心距65 mm、尺寸15 mm×20 mm 的通長凹槽，槽內嵌貼2 條預應力CFRP 板條.CFRP 采用Dextra 公司生產的ASTEC CT124-2 型矩形截面板條，截面尺寸2 mm×16 mm.已有研究表明，CFRP 預應力水平宜取其拉伸強度的40%～50%，這樣既充分發揮其材料性能又保有足夠剩余變形能力以保證加固結構延性，因此本文試驗取CFRP 預應力為1 000 MPa（約40%拉伸強度）.黏結劑采用Sikadur-30CN環氧樹脂，雙組份按3∶1（質量比）比例混合，黏結劑拌合填充后在室溫下養護.各材料的力學性能如表2所示.

表2 材料性能Tab.2 Material properties

1.3 試驗加載方案及量測內容

試驗采用四點彎曲加載，如圖3 所示，純彎段長度為1 000 mm，剪彎段長度為1 150 mm.靜載試驗采用5 kN 為級差的加載制度分級加載，每級荷載下測定撓度與應變數值.疲勞試驗時先靜力加載至疲勞上限荷載，記錄數據后卸載至0，再按正弦進行疲勞加載，加載頻率為3 Hz；在疲勞循環次數分別達到1、5、10、25 及以后每25 萬次時停機，靜載至疲勞上限并記錄相應的撓度與應變變化.卸載后繼續疲勞加載，圖4為一個疲勞加載周期的示意圖.

圖3 試件加載示意圖Fig.3 Specimen and experiment setup

圖4 疲勞加載示意圖Fig.4 Schematic diagram of fatigue loading

測試內容包括：特征荷載、撓度、裂縫發展趨勢、混凝土壓應變、受拉鋼筋和CFRP應變.在梁跨中、加載點、梯度段起點及支座處安裝百分表測量梁撓度值，在梁跨中截面的受拉鋼筋、混凝土表面粘貼電阻應變片以量測應變.其中，CFRP 應變片主要布置于梯度預應力段，純彎段與彎剪段布置較稀，每根CFRP 板條沿長度方向約布置14 個應變片，加載前將所有應變數據平衡清零，人工測繪裂縫.

2 加固梁靜力性能試驗

2.1 加固RC梁受力行為

如前所述，端部保護層剝離破壞是表層嵌貼預應力CFRP加固受彎構件的主要破壞形態之一，包括過大的黏結剪應力和剝離正應力導致的端部混凝土保護層剝離破壞、CFRP-膠層界面破壞、膠層-混凝土界面破壞等［17］.加固RC 梁的屈服荷載和極限荷載測試結果如表3 所示，不同端部梯度錨固設置改變了加固梁的受力性能，4 片梁的破壞模式有一定區別，但均為混凝土保護層剝離破壞，如圖5所示.

表3 靜載試驗主要結果Tab.3 Main results of static load test

由于預應力的存在和截面剛度突變，CFRP 黏結長度為2 900 mm 的梁PS-L0 在CFRP 端部出現斜裂縫后，在此裂縫的基礎上產生了大量裂縫分支，荷載引起的黏結應力與預應力傳遞引起的黏結應力都集中在CFRP 端部，加載至154 kN 時在此處發生槽底混凝土剝離破壞，如圖5（a）所示，破壞時極限撓度為15.96 mm，此時梁內受拉縱筋尚未屈服；梁PS-LI 的CFRP總黏結長度同樣為2 900 mm，但在兩端分別設置了300 mm 長的I 級（500 MPa）梯度段，CFRP 端部彎剪裂縫集中的現象有所改善，在幾乎相同的荷載（152 kN）下發生混凝土保護層剝離破壞，如圖5（b）所示，破壞時極限撓度與梁PS-L0 相當，僅為17.61 mm，這表明兩端的Ⅰ級梯度段對分散梁端剪切應力的效果有限；梁PS-LⅡ的CFRP 總黏結長度也為2 900 mm，但兩端設置了各300 mm 長的Ⅱ級（0 MPa）梯度段，雖然也發生混凝土保護層剝離破壞（圖5（c）），但極限荷載顯著提高至198 kN，極限撓度達到了34.41 mm，這是由于兩端設置的無預應力黏結段分散了CFRP端部的黏結應力，預應力傳遞引起的黏結應力集中于放張端部，而荷載引起的黏結應力集中于無預應力段黏結端部，因而減小了CFRP端部的應力集中，提高了端部混凝土保護層的剝離荷載；梁PS-LⅢ則在兩端同時設置Ⅰ級和Ⅱ級梯度段各150 mm，該試件破壞模式轉變為端部保護層混凝土和CFRP 板條混合破壞，極限荷載提高至208 kN，極限撓度增加至37.74 mm，這表明梯度錨固預應力的設置更有效地減小了端部區域的黏結應力集中，使得與其它加固梁相比，梁PS-LⅢ彎剪段裂縫間距最小，CFRP黏結端部開裂最晚，破壞時由于CFRP板條回縮瞬間釋放極大的拉應力，導致較大長度內混凝土保護層與膠層剝落，CFRP 板條部分裸露或斷裂，如圖5（d）所示.

圖5 靜載梁破壞形態Fig.5 Failure patterns of specimens under static load

2.2 梯度段CFRP應變分布

圖6 為荷載作用下CFRP 應變沿黏結端部的分布曲線，由于部分應變片正好處在裂縫位置，其兩側受力方向不同，因此應變數值出現波動，如圖6（b）中450 mm 和6（c）中250 mm 位置.由圖6（a）可看出，荷載超過90 kN后梁PS-L0黏結端部CFRP應變逐漸呈現負增長，至130 kN 時端部200 mm 區域內CFRP 應變均為負值，這應是因為CFRP 端部發生黏結剝離或混凝土保護層開裂，混凝土對預應力CFRP的錨固被削弱，端部CFRP 發生回縮導致預應力損失；梁PS-LI300 在端部設置了I 級梯度段（500 MPa）以減小應變差，可看到未出現如梁PL-L0的CFRP端部應變負增長區域，表明將端部CFRP初始應力減小一半后，一定程度減小了CFRP 端部位置的黏結應力集中，未出現因混凝土開裂和黏結界面剝離導致的明顯CFRP 預應力損失（圖6（b））；但梁發生保護層剝離破壞的極限荷載無明顯提高，表明設置I級梯度段未能顯著改善CFRP端部的應力集中.

圖6 靜載梁CFRP應變傳遞過程Fig.6 CFRP Strain transfer process of static load specimens

梁PS-LⅡ在端部設置了Ⅱ級梯度段（0 MPa），類似于用黏結劑設置了一段錨具，保護層剝離破壞對應的極限荷載較PS-L0增加了28.57%，CFRP利用率提高7.13%，但端部區段CFRP 應變幾乎為0（圖6（c）），CFRP 端部開裂荷載與PS-L0 相近；梁PS-LⅢ在端部將Ⅰ、Ⅱ級梯度段結合（圖6（d）），極限荷載增加了35.06%，極限撓度增加了136.47%，跨中部CFRP 利用率提高了10.87%，應變沿CFRP 從跨中以穩定變化率向端部近似線性遞減，CFRP 端部開裂荷載較PS-L0 明顯增大，極大地改善了端部區段的嵌貼CFRP-混凝土體系的受力性能.

2.3 界面黏結應力

CFRP 與膠層及槽底混凝土間的黏結應力過高是引起端部保護層剝離的主要因素，破壞過程中黏結應力的分布變化是研究剝離發展和發生的關鍵，針對這一破壞模式，在梯度段CFRP上密集粘貼應變片以監測不同位置CFRP 的應變變化，并用式（1）計算與混凝土間的黏結應力：

式中：τk為第k號和k+1號應變片中間位置的黏結應力（k=1，2，…，n-1）；εk和εk+1分別為第k號與k+1號應變片的應變值；ECF和tCF分別為CFRP 的彈性模量和厚度；lk為第k號和k+1號應變片的間距.

計算不同端部預應力錨固方式引起的黏結應力，根據實測預應力控制數據，得到預應力引起的CFRP 與混凝土間的黏結應力分布曲線如圖7 所示.梁PS-L0與PS-LⅡ的預應力變化值均為1 000 MPa，因此兩者黏結應力相當，僅位置不同；梁PS-LI 和PS-LⅢ的預應力變化值均為500 MPa，但梁PS-LI的預應力變化更集中在CFRP黏結端部，預應力傳遞長度較梁PS-LⅢ短，因此黏結應力峰值更高.加載過程中，CFRP 板條預應力隨荷載和撓度的增加而逐漸抵消（消壓），由于傳遞至CFRP 端部的應力較小，CFRP 端部的黏結應力難以抵消.加載后期，一條條裂縫將加固梁受拉區保護層切割成一個個由CFRP連接的混凝土齒，在未抵消的預應力和荷載引起的黏結應力共同作用下，CFRP 端部成為發生保護層剝離破壞的薄弱界面.結合表3 中破壞荷載可知，黏結應力峰值越大，位置越接近CFRP 端部，越容易發生保護層剝離破壞.

圖7 預應力引起的黏結應力Fig.7 Bonding stress by prestress

計算不同荷載作用下的黏結應力，通過樣條函數插值得到CFRP 與混凝土間的黏結應力分布曲線.CFRP 與混凝土間黏結應力，主要由沿縱向梁截面抵抗彎矩變化形成的剪切黏結應力和混凝土回縮引起的開裂黏結應力組成［18］.其中，彎剪段的剪切黏結應力恒為正，開裂黏結應力在裂縫兩側大小與分布近似相同，方向相反.

如圖8 所示，梁PS-L0 在150 kN 時，距加載點600 mm 位置彎剪裂縫處黏結應力迅速增大，端部過大的預應力使得槽底混凝土同CFRP 一起被拉拽下來，梁迅速破壞，無明顯破壞征兆.梁PS-LⅢ加載至160 kN 時其梯度段內（距黏結端部300 mm 位置）出現與受拉鋼筋平行的水平裂縫，并逐步向支座方向發展，與圖8（b）中應力峰值的發展趨勢相同，當應力峰值傳遞至CFRP黏結端部附近時，梁到達剝離臨界狀態.荷載作用下梯度錨固預應力梁的CFRP 應變在端部區域變化規律大致相同，受力傳遞較為均勻，CFRP 與混凝土間的黏結應力自加載點逐漸往支座方向發展，當應力峰值達到黏結強度時，發生局部剝離，并使應力峰往支座方向傳遞，直至整體剝離發生，破壞征兆明顯.

圖8 靜載梁CFRP-混凝土界面黏結應力分布曲線Fig.8 Distribution curve of bond stress of static load beams

3 加固梁疲勞性能試驗

值得注意的是，抗彎試驗中觀察到的剝離行為與在黏結試驗中觀察到的剝離現象［19-22］有很大不同，因為梁的破壞主要與保護層的開裂和彎曲變形有關，不能簡單看做沿CFRP-膠層界面的拉拔破壞［23-25］.黏結應力峰值4 MPa時就已到達剝離臨界狀態，與黏結試驗中最大黏結應力12 MPa 有明顯差距，這是因為梁的撓度、裂縫發展等現象在黏結試驗中都沒有體現.由于裂縫的存在，CFRP 黏結應力分布由整個試驗段分割成相鄰兩條裂縫之間的小段，黏結應力曲線也出現了應力峰.

3.1 加固梁疲勞壽命及破壞模式

在靜力試驗研究基礎上進行了6 片梁的疲勞試驗，各試件編號、參數設置及主要試驗結果如表4 所示.其中，通過梁PF0.5-L0、PF0.6-L0 與PF0.5-LⅢ、PF0.6-LⅢ的對比考察普通嵌貼預應力加固與梯度嵌貼預應力加固的疲勞性能差異；通過梁PF0.6-LⅢ與梁PF0.7-LⅢ研究梯度預應力加固梁疲勞壽命隨上限荷載的變化規律；通過PF0.6-LU 對比U 型箍與梯度錨固兩種方式的抗疲勞性能.

表4 疲勞試驗結果Tab.4 Fatigue test results

疲勞上限荷載為50%的梁都在疲勞加載中未破壞，疲勞結束后再靜力加載至破壞.靜載試驗中梁PF0.5-L0 在154 kN 時發生端部槽底混凝土剝離破壞，如圖9（a）所示.梁PF0.5-LⅢ發生端部保護層混凝土剝離破壞，如圖9（b）所示，破壞時CFRP 回縮，導致被彎剪裂縫切分成塊狀的混凝土伴隨著膠層和CFRP 表層一起剝落，裸露出CFRP 板條.加固梁極限荷載上升至200 kN，較PF0.5-L0 增大29.87%，極限撓度較之增長108.73%，混凝土保護層縱向剝離長度大幅增加.疲勞上限為60%的梁均在疲勞加載過程中發生破壞，但破壞模式因端部構造變化而發生明顯轉變：梁PF0.6-L0 在疲勞壽命約10 萬次時于CFRP 黏結端部出現裂縫并迅速發展，繼續疲勞約4萬次后發生如圖9（b）所示的端部保護層剝離破壞；端部設置了U 形箍的梁PF0.6-LU 疲勞壽命提高約1倍至25 萬次，且破壞模式由端部保護層剝離轉變為跨中鋼筋疲勞斷裂，這表明采用合理措施對端部區段進行處置，能夠避免CFRP 黏結端部疲勞失效破壞.與端部設U 型箍的加固試件類似，采用梯度錨固預應力的梁PF0.6-L Ⅲ疲勞加載至50 萬次時在CFRP 黏結端部出現彎剪裂縫，繼續加載48 萬次后破壞，破壞模式同樣由端部保護層剝離轉變為跨中鋼筋疲勞斷裂而發生正截面強度破壞（圖9（c）），表明疲勞加載條件下加固梁端部的梯度錨固段起到了與碳纖維布U 形箍相類的、較顯著的錨固作用.當疲勞上限荷載增大到70%時，梯度錨固預應力梁PF0.7-LⅢ的疲勞壽命為23 萬次，高于承受60%上限荷載的梁PF0.6-L0，破壞模式同樣為跨中縱向鋼筋疲勞斷裂，如圖9（d）所示.上述試驗結果表明設置梯度錨固段后，與靜載試驗結果類似，梯度錨固預應力梁在疲勞試驗中展現了較好的疲勞性能，彎剪段裂縫間距減小、破壞撓度增加，疲勞壽命均大幅提升.最重要的是，黏結端部不再是嵌貼CFRP 加固梁的薄弱環節，設置梯度錨固段能夠有效避免CFRP黏結端部疲勞失效破壞.

圖9 疲勞梁裂縫發展與破壞形態Fig.9 Fracture development and failure patterns of fatigue specimens

梁PF0.5-L0 與PF0.5-LⅢ為疲勞后靜載，破壞模式與同參數的靜載梁無明顯差別.梁PF0.6-L0 在疲勞加載過程中端部裂縫及水平裂縫分支發展迅速，對比同參數加固梁在靜力和疲勞荷載下的CFRP應變曲線（圖6（a）與圖10（b））可知，疲勞循環放大了此處的應變差；相比靜載時的破壞荷載（154 kN），加固梁在疲勞上限荷載90 kN時發生破壞，疲勞循環更容易使端部混凝土保護層發生剝離破壞.

圖10 梁端部CFRP荷載-應變曲線Fig.10 Load and CFRP strain curves of fatigue specimens end

3.2 梯度段CFRP應變分布

如前所述，圖10 為不同疲勞次數下各加固試件的荷載-端部CFRP 應變曲線，可看出普通預應力加固梁與梯度錨固預應力梁的端部CFRP 應變分布呈現明顯不同的特征.由圖10（a）可以看出，疲勞荷載作用下梁PF0.5-L0 端部的CFRP 應變沿黏結長度的分布與荷載分布較為一致，表明在該疲勞荷載作用下CFRP 與混凝土黏結較完整.觀察圖10（b）可看到梁PF0.6-L0 在疲勞加載1 萬次以后，端部0～250 mm區段應變較小且呈線性增長，端部250～350 mm 區段應變陡然增長，推測最靠近支座的裂縫應出現在此區段內，圖9（b）證實了這一推斷（裂縫出現在230 mm 處），過大的應變差也是PF0.6-L0 發生保護層剝離破壞的重要原因.圖10（c）顯示梁PF0.6-LU 端部約300 mm 區段內CFRP 應變較小，在300 mm 區段外顯著增大，這可能是由于端部區段內混凝土梁體及CFRP 板條被碳纖維布U 形箍有效加固約束，混凝土未開裂且與CFRP 板條黏結完好，同時碳纖維布U 形箍也起到了增強作用.

觀察圖10（d）可看出，PF0.5-LⅢ在0 萬次時，其黏結端部CFRP應變分布與彎矩分布大致相同，近似呈直線分布，但從1 萬次開始在150～300 mm 區段內的CFRP 應變即顯著高于300～400 mm 區段，這是由于在疲勞荷載作用下，300 mm 處（全預應力段與梯度預應力段分界，圖9（a）左上圓圈處）梁體混凝土出現裂縫，開裂后混凝土對全預應力段CFRP的錨固被削弱，CFRP 向跨中回縮致使其測量應變（未包含初始應變）減小，因回縮被梯度錨固段約束，部分預應力遷移至梯度錨固段，造成梯度段CFRP 應變增大，因此梯度段CFRP 應變大于全預應力段.由圖10（e）能看到，梁PF0.6-LⅢ在0 萬次時150～300 mm 區段內的CFRP 測量應變大于300～400 mm 區段，隨著疲勞次數增加兩區段CFRP應變差值增大，表明可能第一次加載時全預應力段-梯度錨固段分界混凝土即已開裂（圖9（c）圓圈處），并隨著疲勞加載而不斷發展.另外，梁PF0.7-LⅢ在0 和1 萬次時其位于150 mm 處的CFRP 應變即達到較高值，5 萬次和10 萬次時均為黏結端部600 mm 范圍內的應變最大值，這表明該試件可能在150 mm 處（Ⅰ和Ⅱ梯度段分界位置，圖9（d）圓圈處）也出現了混凝土開裂及Ⅰ梯度段的CFRP回縮，即使這樣Ⅱ梯度段仍有效地錨固住了預應力CFRP，加固梁最終發生受拉縱筋疲勞斷裂破壞.

4 結論

本文提出了在CFRP 黏結端部設置梯度錨固預應力的構造措施，以減小黏結端部的應力集中且抑制混凝土保護層的剝落破壞，并通過靜載與疲勞性能試驗，研究了端部設梯度預應力段的表層嵌貼預應力CFRP加固梁的受力性能，通過對加固梁受力行為、破壞模式、與應變分布的分析，得到以下結論：

1）本文靜載試驗中設置梯度錨固預應力段后，加固梁承載能力最大提升35.06%，極限撓度最大提升136.47%，CFRP 利用率最大提升10.87%.試驗結果表明在CFRP 黏結端部設置梯度錨固預應力能減小端部混凝土應力集中，使端部CFRP與混凝土間應力傳遞更均勻，因而提高加固梁抵抗混凝土保護層剝離破壞的能力；端部設置兩級梯度錨固預應力的加固梁，具有更好的受力性能，技術具有可行性.

2）疲勞試驗結果表明，兩級梯度錨固預應力后加固梁的破壞模式由端部保護層剝離轉變為跨中縱向鋼筋拉斷，表明梯度錨固預應力有效減小了端部混凝土的應力集中，因而CFRP黏結端部不再是加固梁的薄弱環節.

3）本文試驗中，在60%、70%上限的疲勞荷載作用下，梯度段與全預應力段分界甚至兩梯度段分界都發生了混凝土開裂以及CFRP回縮現象，但梯度段仍有效實現了對預應力CFRP的錨固.