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你知道CFRP端部剥离破坏和U形箍吗？

发布于：2021-02-25 12:19:25 来自：建筑结构/建筑加固 [复制转发]

CFRP（碳纤维增强复合材）加固修补混凝土结构以其高强高效、防腐耐久、施工便捷、适用面广以及经济性好等多方面优势，在工程界得到广泛应用。采用CFRP片材进行混凝土梁抗弯加固，主要是通过胶层传递剪应力(锚固剪应力)和正应力，以达到共同受力。

CFRP材料和构件之间发生的破坏形式包括受压翼缘局部破坏、腹板失稳、CFRP端部剥离、CFRP断裂、CFRP跨中剥离、CFRP分层破坏、构件基面与胶粘剂之间的剥离、胶层断裂破坏、CFRP与胶层之间的剥离破坏。本次我们带大家了解下梁体CFRP端部剥离破坏以及它的解决方法——U形箍。

一、什么是CFRP端部剥离

即由于碳纤维增强复合材与梁体端部混凝土之间的粘结首先遭到破坏，进而产生滑移甚至分离的破坏形式。发生剥离破坏的梁体、碳纤维增强复合材远未发挥自身强度。造成加固失效的根本原因在于碳纤维增强复合材与梁体混凝土发生分离，是一种危险的脆性破坏形态。

二、端部剥离应对方法—U形箍

应对CFRP端部剥离，通常最有效的方法就是设置纤维复合材的U形箍。在规范《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）也有此项规定。

那么什么是U形箍呢？

U形箍并非直接作用于梁底，而是粘贴在梁底碳纤维增强复合材与梁体侧面上，起到了对梁底碳纤维增强复合材锚固的作用。

三、U形箍的必要性

众多的试验与实际工程证明，U形箍布置合理的加固梁体，在承受较高荷载时，表现出了较好的延性。 U形箍的锚固作用确保碳纤维增强复合材与梁体共同工作，对剥离破坏的发生，起到了明显的抑制作用。

从图3可以看出，CFRP端部不锚固时，随着结构粘贴CFRP层数的增加，CFRP端部的粘结剪应力逐渐增大。可见，在结构加固中CFRP端部不锚固时，粘贴CFRP层数越多，CFRP端部就越早地发生剥离破坏，导致多层数的CFRP利用率不高，造成材料的浪费，因此当粘贴多层时，必须对CFRP的端部进行锚固。

通过碳纤维布加固法来提高梁的承载力时U形箍的设置是必不可少的一环，它对粘接在梁上的碳布进行了锚固，可以有效地防止碳布发生剥离，实现梁和碳布共同受力，从而有效地保证加固效果。

四、影响U形箍效力的主要因素

U形箍锚固层数、宽度、净间距等共同决定了U形箍的效力。下面以端部锚固区域的U形箍来进行分析。

1、U形箍锚固层数

图5、图6分别为粘贴1层、2层CFRP时不同U型箍层数时界面剪应力曲线，可以得出随着U形箍缠绕层数的增加，端部锚固区域界面间的粘结应力明显降低，并且随着U形箍锚固层数的增加，CFRP端部剪应力越小，CFRP端部过早发生失效的概率越小，在一定的范围内，U形箍层数越多，CFRP端部锚固程度越强，锚固的效果越理想，但U形箍的锚固层数最多不宜超过3层。

2、U形箍锚固宽度

在有效粘结长度范围内，随着U形箍宽度的增加，端部粘结面剪应力不断减小；超出有效粘结长度，界面粘结应力基本保持不变。 U形箍宽度的设置分为两种状况，对端箍不应小于加固纤维复合材宽度的2/3，且不应小于150mm；对中间箍不应小于加固纤维复合材宽度的1/2，且不应小于100mm。

3、U形箍锚固净间距

当环形箍、端部自锁式U形箍或一般U形箍采用纤维复合材条带时，其净间距不应大于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010规定的最大箍筋间距的0. 70倍，且不应大于梁高的0.25倍。

剥离破坏的发生，严重的限制了碳纤维增强复合材在混凝土梁体加固中的应用。所以我们必须要采取必要的锚固措施——U形箍来保障碳纤维增强复合材与梁体的整体性，才能确保锚固效果与结构安全。