r - The Hong Kong Polytechnic University

材 后 才 能 作 为 预 应 力 材 料 张 拉 , 这 样 不 仅 费 时 费 力 而 且 往 往 不 能 和 混 凝 土 表 面 取 得 良 好 的 粘 结 , 极
大 了 影 响 了 预 应 力 FRP 加 固 结 构 的 效 率 和 效 果 [27] 。 为 此 , 作 者 研 究 团 队 根 据 纤 维 材 料 的 耐 冲 击 性 能
研 究 , 提 出 了 两 种 可 用 于 结 构 预 应 力 加 固 的 方 法 : 一 是 直 接 张 拉 具 有 高 能 量 吸 收 能 力 的 PBO 纤 维 布 ;
二 是 采 用 混 杂 纤 维 直 接 张 拉 。
4
Load(kN)
3
2
1
PBO fiber
Carbon fiber
Aramid fiber
0
0 5 10 15
Displacement(mm)
图 19 多 种 纤 维 的 抗 冲 击 试 验
图 20 混 杂 提 升 张 拉 率
PBO 纤 维 具 有 远 高 于 碳 纤 维 和 芳 纶 纤 维 的 能 量 吸 收 能 力 , 如 图 19 所 示 。 在 一 个 纤 维 发 生 断 裂
时 , 周 围 的 纤 维 有 足 够 的 抗 冲 击 能 力 吸 收 断 裂 纤 维 产 生 的 冲 击 , 避 免 纤 维 发 生 连 续 性 断 裂 。 因 此 ,
利 用 PBO 纤 维 干 丝 张 拉 对 结 构 进 行 加 固 是 可 行 的 [28] 。 另 外 , 研 究 表 明 为 了 提 高 纤 维 干 丝 的 可 张 拉
性 能 , 通 过 混 杂 多 种 纤 维 也 是 一 个 很 好 的 方 法 。 图 20 显 示 通 过 混 杂 玄 武 岩 纤 维 或 玻 璃 纤 维 , 碳 纤
维 布 的 张 拉 率 能 从 干 丝 的 30% 左 右 提 升 到 54%~65% 以 上 , 张 拉 性 能 大 幅 提 升 [16] 。
利 用 预 应 力 纤 维 片 材 增 强 结 构 的 设 计 理 念 如 图 21 所 示 , 通 过 预 应 力 纤 维 片 材 , 混 凝 土 梁 的 开
裂 荷 载 , 屈 服 荷 载 和 极 限 荷 载 都 得 到 明 显 提 高 , 同 时 初 期 刚 度 也 能 显 著 提 升 。 因 此 , 达 到 了 通 过 施
加 预 应 力 提 升 结 构 使 用 性 能 的 目 标 , 纤 维 材 料 本 身 的 利 用 效 率 也 得 到 了 极 大 的 提 升 [27] 。
RC beam strengthened with
prestressed FRP sheets
FRP rupture
P
Limited reinforcement effect
(Load)
Initiation of Debonding FRP debonding failure
Great enhancement of
of FRP Sheets
steel yielding load
P y ’’
P y ’
P y
P cr ’’
P cr
RC beam strengthened with FRP sheets
Normal RC beam
Great enhancement of stiffness
Limited reinforcement effect
σ cr
(Cracking)
σ y
(Steel yielding)
σ
(Displacement)
图 21 预 应 力 纤 维 片 材 增 强 效 果 图
(2) 工 艺 技 术 难 点
张 拉 原 理 见 图 22 所 示 , 纤 维 张 拉 后 通 过 粘 结 材 料 与 结 构 结 合 , 保 证 了 界 面 粘 结 的 可 靠 。 同 时
为 解 决 端 部 锚 固 区 剪 应 力 集 中 问 题 , 采 用 逐 步 减 少 纤 维 层 数 或 者 分 部 释 放 预 应 力 的 方 法 减 缓 了 应 力
集 中 ( 图 23), 并 增 加 U 形 FRP 布 以 取 得 更 好 的 锚 固 效 果 。 实 际 操 作 中 在 端 部 PBO 纤 维 层 间 插 入
不 粘 结 薄 片 以 达 到 逐 层 减 少 层 数 的 目 的 。 在 此 基 础 上 开 发 了 一 套 完 整 的 操 作 系 统 (P-PUT), 包 括 一
整 套 张 拉 , 养 护 , 辅 助 设 备 , 保 证 了 纤 维 材 料 和 混 凝 土 的 粘 结 质 量 和 “ 一 天 内 完 成 快 速 施 工 ” 的 高 效
目 标 [29] 。
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