碳纤维索（棒）材在桥梁加固工程中的研究与应用
崔毅 1 吴刚 2 ， 3 田野 2 张敏 2
1 北京特希达科技有限公司
2 北京特希达南京研发中心
3 东南大学土木工程学院
摘要 FRP 筋由于具有轻质高强、耐腐蚀等优点，在土木工程中应用越来越广泛。目前，国内外，对 FRP 片材加固结构的研究和应用已经比较多，但国内对 FRP 索（棒）材 应用于新建结构或对原有结构加固的研究还很少。本文对 碳纤维索（棒）材的材料性能进行了简单介绍，重点 通过 6 根钢筋混凝土简支梁的试验，研究了 CFRP 体内索和体外索增强混凝土梁的抗弯性能，试验中分析了有粘结、无粘结及 CFRP 有效预应力对抗弯性能的影响。另外，对 碳纤维索（棒）材用于桥梁结构工程的一些研究和应用做了简单的介绍。
关键词 ：碳纤维索（棒）材； 桥梁； 加固； 抗弯
1 前言
桥梁是公路和铁路畅通运行的咽喉，确保其承载能力和正常的使用性能是沟通全线的关键。随着交通事业猛速发展，运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重量也日益增加。现有桥梁中相当一部分已经不能满足承载力和使用性能的要求，因此，对桥梁结构的维修、加固和补强等方面的研究和应用已引起世界性的关注。由于纤维增强聚合物（ FRP ）具有很多优点，最近在土木工程中得到越来越广泛的应用， FRP 筋或索的应用主要有：（ 1 ）将 FRP 筋或索作为钢筋的新型代替材料用于新建结构；（ 2 ）作为体外索在加固砼结构中得到应用。
本文对 碳纤维索（棒）材的材料性能进行了简单介绍，重点 通过 6 根钢筋混凝土简支梁的试验，研究了 CFRP 体内索和体外索增强混凝土梁的抗弯性能，试验中分析了有粘结、无粘结及 CFRP 有效预应力对抗弯性能的影响。另外，对 碳纤维索（棒）材用于桥梁结构工程的一些研究和应用做了简单介绍。
表 1 LEADLINE 基本特性
名称 |
D8 |
D10 |
直径 |
7.9mm |
9.8mm |
单位重 |
77g/m |
118g/m |
基质体 |
环氧树脂 |
纤维量百分比 |
65 ％ |
抗拉强度 |
2550MPa |
弹性模量 |
147GPa |
伸长率 |
1.6% |
比重 |
1.6 |
松弛率 |
2 － 3 ％（在 20 ℃时 ） |
热膨胀系数 |
0.7 × 10 -6 ( 每℃度 ) |
注：只有使用可靠的锚固方式，才能达到以上的力学性能指标。
2 碳纤维索（棒）材的材性试验
通过不同的方法可把 FRP 材料加工成不同的形状，用作结构的受力筋，主要有圆形棒筋（光圆或变形）、绞线、辫状筋、矩形筋、网格筋等形式。北京特希达公司为日本三菱化学公司在中国的总代理，对日本三菱公司各类产品进行了较为系统的材性试验，如图 1 所示。在试验中尝试了多种不同的锚固方式，试验结果表明，如果锚固方式可靠，完全能达到厂家提供的保证强度值。表 1 为两种典型产品 D8 和 D10 的基本特性。
图 1 北京特希达南京研发中心试验装置及试验示意图
3 CFRP 索增强混凝土梁抗弯性能的试验
3.1 试验介绍
本试验用简支梁对 CFRP 索增强混凝土的正截面性能进行了研究 . 试验用的梁长为 2100mm ，截面宽度为 200mm ，高度为 150mm ，共 6 根梁。受拉钢筋为 2-D16 ，受压钢筋为 2-D13 ，箍筋直径为 10 ，间距为 80mm 。混凝土抗压强度为 28.5MPa 。试件的设计能保证混凝土梁不发生剪切破坏。各梁的详细参数及试验结果见表 2 。
表 2 各梁的详细参数及试验结果
试件号 |
CFRP 索位置 |
有无粘结 |
初始预应力（ kN ） |
开裂荷载 (kN) |
屈服荷载
(kN) |
最大荷载（ kN ） |
破坏形式 |
B-1 |
无索 |
|
0 |
10.5 |
66.6 |
69.5 |
混凝土压坏 |
B-2 |
梁内 |
无 |
0 |
11 |
72.47 |
77.53 |
混凝土压坏 |
B-3 |
梁内 |
无 |
25 |
19.5 |
70 |
75.33 |
混凝土压坏 |
B-4 |
梁内 |
有 |
0 |
20.1 |
71.55 |
77.44 |
混凝土压坏 |
B-5 |
梁内 |
有 |
25 |
19.4 |
67.9 |
79.86 |
混凝土压坏 ,CFRP 断裂 |
B-6 |
梁外 |
无 |
12.5 |
23.5 |
75.39 |
81.62 |
混凝土压坏 |
3.1.1 体内 CFRP 索增强混凝土梁
