采用碳纤维增强塑料（CFRP）板和CFRP锚固件加固的钢筋混凝土板的抗弯性能

《Results in Engineering》：Flexural Behavior of Reinforced Concrete Slabs Strengthened with CFRP Plates and CFRP Anchors

本文通过实验和理论分析研究了CFRP板及锚固对钢筋混凝土板抗弯性能的影响。实验表明，CFRP板可使抗弯能力提升146%，锚固有效减少脱粘程度。修正的脱粘弯矩方程系数ω为9.45，验证了其准确性。

　　在现代建筑结构中，增强和修复技术的应用越来越广泛。随着材料科学的进步，碳纤维增强复合材料（CFRP）作为一种新型的加固材料，因其轻质、高强度以及抗腐蚀等特性，被广泛用于钢筋混凝土结构的加固工程。本文通过实验研究，探讨了在钢筋混凝土板上使用CFRP板和CFRP锚固系统对弯曲性能的影响，并进一步修改了现有的剥离力矩计算公式，以更准确地预测CFRP加固板的性能表现。

实验采用了九个试件，其中包含一个未加固的对照组和八个分别采用不同锚固布置方式的加固试件。试件的尺寸和材料参数基于前人研究，并在实验过程中采用了严格的材料处理和安装流程。CFRP板被粘贴在试件的受拉面，而CFRP锚固系统则被安装在不同的区域，包括剪切跨度区和纯弯矩区。这些锚固系统的安装位置和间距是影响试件性能的关键变量，实验通过控制这些变量，研究其对试件弯曲能力和剥离行为的影响。

实验结果显示，使用CFRP板加固的试件其弯曲承载能力比未加固的试件提高了146%。这表明CFRP板在提升结构性能方面具有显著优势。然而，CFRP板的剥离仍然是一个需要关注的问题。剥离破坏通常发生在试件的自由端，导致结构强度突然下降。尽管如此，CFRP锚固系统的应用能够有效延缓剥离的发生，减少剥离区域的扩展。通过将锚固系统安装在CFRP板的两端，可以增强锚固效果，避免因剥离导致的结构性能损失。

在实验过程中，采用了四点弯曲试验方法，通过在试件两端施加集中载荷，模拟实际结构中的受力情况。试件的变形量通过三个线性可变差动变压器（LVDT）进行测量，以记录试件在不同载荷下的响应。此外，试件的加载速率被设定为0.2 kN/min，以确保实验条件的一致性。通过这些实验数据，可以观察到试件在不同锚固布置下的载荷-位移曲线，从而分析其性能变化。

实验还发现，CFRP锚固系统的安装位置和间距对试件的性能有重要影响。在剪切跨度区安装的锚固系统比在纯弯矩区安装的锚固系统更为有效。此外，较短的锚固间距能够显著降低剥离裂纹的传播速度，从而提高试件的整体性能。然而，由于混凝土的压碎破坏，试件的强度提升未能完全被利用。因此，在实际工程应用中，需要综合考虑锚固系统的位置和间距，以达到最佳的加固效果。

在理论分析方面，本文使用了纤维单元方法，将钢筋混凝土板的截面划分为多个单元，以模拟其受力行为。通过迭代计算，获得了试件在不同载荷下的平衡状态。此外，还使用了材料的应力-应变模型，以更准确地预测试件的性能。通过对比实验数据和理论计算结果，发现现有的剥离力矩计算公式需要进行调整，以适应CFRP加固板的实际情况。通过对实验数据和参考文献数据的简单统计分析，确定了新的系数值为9.45，并将其用于修改剥离力矩公式，以提高其预测的准确性。

实验结果还表明，CFRP板的安装能够有效降低试件中的应变分布，从而减少因弯曲载荷引起的裂缝。对于未加固的试件，其钢筋的应变值较大，而加固后的试件则表现出较小的应变值，这表明CFRP板在抵抗拉力方面发挥了重要作用。然而，即使在加固后，试件的底部仍然存在较高的拉伸应变，这说明弯曲裂缝仍然可能发生。通过分析应变分布，可以更好地理解CFRP板对结构性能的影响。

综上所述，本文的研究为CFRP加固技术在实际工程中的应用提供了重要的理论和实验依据。通过实验和理论分析，明确了CFRP锚固系统对试件性能的提升作用，并提出了更准确的剥离力矩计算公式。这些结果对于提高钢筋混凝土结构的耐久性和安全性具有重要意义，也为未来的加固设计和施工提供了参考。