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摘要：预应力CFRP板加固法在钢筋混凝土结构加固修复工程中应用日益广泛。为防止CFRP板早期剥离破坏，选择可靠的端部锚固体系，是预应力CFRP板加固技术的首要工作。本文介绍了近年来国内外预应力CFRP板加固法中几种典型的端部锚固体系及其相关技术研究。
关键词：预应力；CFRP；加固；端部锚固
0 引言
采用外部粘结的CFRP板加固钢筋混凝土结构是结构补强修复的一种新技术。20世纪80年代，FRP材料加固混凝土结构的技术在20世纪80年代最早产生于瑞士联邦实验室，Meier等人对FRP板代替钢板加固混凝土结构的技术进行了系统的研究，并在1991年用CFRP板成功加固了瑞士Ibach桥[1]。随后，日本、美国、加拿大等国家也开始使用外部粘贴碳纤维片材对损伤的土木建筑结构进行加固。1997年，我国也开始正式对碳纤维增强材料加固进行研究[2]。
过往大量的研究和实践表明，对于使用预应力CFRP板加固混凝土结构，仅用结构胶来粘结CFRP板是不够的。为防止CFRP板早期剥离破坏，还需要可靠的锚固措施对CFRP板进行锚固。本文就近几年国内外预应力CFRP板加固的几种典型锚固体系进行综述，重点介绍其技术特点和研究现状。
1 端部锚固体系
综合国内外各种预应力CFRP板加固钢筋混凝土构件的端部锚固方法，将预应力CFRP端部锚固体系分为以下八类，其他的碳纤维板锚固方法都基本上与以下几种原理相似，本文不再一一介绍。
1.1 U形箍
U形箍锚固体系是在加固构件纵向一定长度内，沿两侧梁腹表面和梁底面连续加贴一层碳纤维布，将已粘贴好的梁底纵向CFRP板压住，达到锚固的目的[3]。这种方法简单易用、施工方便。试验表明U形箍能有效地阻止CFRP板的剥离，但U形箍的横向抗剪能力差，所能提供的锚固能力有限，当荷载达到一定水平U形箍内侧仍会发生剥离。此外，U形箍是依靠其抗剪能力提供锚固，利用U形箍的抗剪能力加固CFRP板材料是利用其弱项[3]。
1.2 平板钢锚具
此锚固装置由两片平板钢和螺栓组成。CFRP板的锚固不仅依靠CFRP板与上下两钢板树脂粘结，还通过高强螺栓来施加横向压力来进一步加强。利用该原理，张俊平[4]、吴志平[5]、Young-Chan You[6]等人分别研制出了不同的平板钢锚固体系（不同点在于钢板的厚度、形状及螺栓的位置、大小等）。试验证明此锚固方法在短期内能保证预应力CFRP板加固体系有效的锚固。
1.3 波形齿锚具
波形齿夹具锚[7]是重庆大学的李唐宁团队自行研究和开发的一种预应力碳纤维片材锚具。该锚具由上波形齿板、下波形齿板、压紧及锁定齿板的螺栓等组成，上下波形齿板波形线相互吻合以保证两齿板能无间隙地紧密咬合在一起（如图1示）。依靠CFRP板与上、下波形齿板之间的摩擦力及树脂胶的粘结力，CFRP板可靠地夹持并锚固与上、下波形齿板之间。该团队针对此预应力CFRP板锚具体系进行了大量的试验研究，并将其应用于实际工程，成功加固了重庆肖家河大桥、重庆莲花河大桥等。
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图1 波形锚具
1.4 夹片式锚具
该锚具借鉴钢绞线的锚固系统，利用摩阻锚固原理设计，主要由夹片和锚板组成。CFRP板张拉完毕后回缩，同时带动锚具内的夹片一起移动，使夹片紧挤在锚板的内壁；此外挤压力使CFRP板被夹片紧紧夹住，从而产生极大的摩阻力阻止CFRP板的回缩。广西工学院的邓朗妮[8]等利用该原理自主研发了一种夹片式锚具。湖南科技大学的祝明桥[9]等综合钢绞线锚固体系和波形锚的原理提出了一种楔形变波纹夹片式锚固体系。
1.5 压片式锚具
湖南大学尚守平团队自主研发的压片式锚固体系是由夹CFRP板的上下两夹板、压板、压紧螺栓和锚固螺栓组成[9]（如图2）。锚具与CFRP板之间不需要使用树脂胶，上下两夹板在与CFRP板的接触面上设有特殊的纹路，增加碳板与夹板之间的摩擦。利用钢板上的齿纹及螺栓的紧压力，CFRP板可有效地锚固在加固构件上。该锚具能均匀地夹紧CFRP板，且当CFRP板被张拉到高应力状态时，碳丝仍然不会被剪断。压片式锚具锚固体系结合该团队开发的一种变粘结预应力CFRP板加固混凝土受弯构件的预应力施加方法[36]，可以使加固结构获得可靠的预应力。目前采用该端部锚固体系的预应力CFRP加固方法，成功加固了G106过道上金刚头桥、湖南湘潭解放桥、湖南G320国道洙津渡大桥[10]等。
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图2 压片式锚具
1.6 π形锚具
Ahmed Mostafa和Razaqpur[11]等通过切割CFRP NEFMAC网格，然后组成π形制得π形锚具。CFRP板通过结构胶粘贴在π形锚具上，然后用螺栓将锚具固定在加固构件的受拉面，进一步压紧CFRP板。螺栓孔须避开碳板，以减小对CFRP板的削弱。试验表明π形锚具具有良好的锚固效果，梁最后破坏时锚固端没有损坏。
1.7 FRP扇形锚具
Scott T.Smith[12]等研发的FRP扇形锚锚固装置由可由CFRP或GFRP材料制成（如图3示）。该锚具一端为圆柱形FRP锚栓插入混凝土结构的锚栓孔中，与加固结构粘结；另一端以扇形状张开、粘结于CFRP板上，以减小局部应力集中。此锚具耐腐蚀性强，而且不受结构宽度的限制。
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图3 FRP扇形锚具
1.8 SIKA Stresshead锚具
该锚具是SIKA公司Stresshead加固技术中的专用锚具。其最大的特点是碳纤维板与其锚具须根据实际要求先在工厂预制成一个整体，从而保证锚固效果。Stresshead锚具能可靠地锚固碳纤维板，且能保证较小的预应力损失[13]。目前，SIKA公司的CFRP加固技术已应用于加固国内外多座受损桥梁。但是由于其碳纤维板与锚具一体化，须先确定现场的情况进行预制，技术要求高，施工周期长。
2 结语
目前，预应力CFRP板在钢筋混凝土加固工程中的应用日益广泛，但还存在很多问题没有解决，使得此技术在实际工程中应用有限。随着其端部锚固体系及相关研究的逐渐完善，预应力CFRP板加固法在钢筋混凝土结构工程中一定会有更加广阔的前景。
参考文献：
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[7]朱浪涛，陈小英，桌静，等.预应力CFRP片材梁侧加固T形梁二次受力抗弯性能试验研究[J].建筑结构.2019.49（14）：80-84
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[10]尚守平，张宝静，吕新飞.预应力碳纤维板加固梁桥新技术的应用[J].施工技术.2016.45（4）：95-99，132
[11]Ahmed Mostafa，A.Ghani Razaqpur.CFRP Anchor for Preventing Premature Debonding of Externally Bonded FRP Laminates from Concrete[J].Journal of Composites for Construction.2013.17：641-650
[12]Scott T.Smith，Shenghua Hu，Seo Jin Kim等.FRP-strengthened RC slabs anchored with FRP anchors[J].Engnieering Structures.2011.33：1075-1087
[13]LIU Yao-wu，ZHANG Bao-he，NIU Xin-chun.The Mathod and Practice of Reinforcement Bridge Strenghthed with Prestressed CFRP Plates[J].Railway Engineering.2014，（11）：44-47