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建筑与建筑材料82 (2015)235-256
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建筑及建筑材料
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审查
用预应力纤维增强聚合物加固钢筋混凝土梁-综述
Payam Muhammad Aslam 1 Shafigh,穆罕默德Zamin JumaatuArr;, S N R沙
马来西亚马来亚大学工程学院土木工程系，马来西亚吉隆坡50603
强调：
与预应力钢相比，预应力FRP具有良好的结构性能。CFRP是合适的预应力材料，它涵盖了其他FRP的所有优点。
NSM技术为预应力材料提供了对环境的保护。
NSM碳纤维布棒中40%的预应力可使梁的抗弯强度达到最大。在不同的碳纤维布形状中，碳纤维布棒是预应力作用下最有效的形式。
关键词:
加固
复合材料
RC横梁
屈曲
锚力
纤维增强聚合物
预应力
近表面安装
摘要：
采用钢纤维增强聚合物(FRPs)对钢筋混凝土梁进行加固，可显著提高梁的抗弯强度、疲劳寿命和使用性能。预应力材料使材料变得更有效，因为它使用了材料的大部分拉伸能力。研究表明，预应力FRP是加固退化结构的有效材料。本文对预应力FRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了综合评述。综述了近表面贴装加固(NSM)、外粘接加固(EBR)和外后张拉加固技术(EPT)，并指出了相应的优缺点。讨论了锚固系统和水平预应力对预应力FRP延性、变形性和粘结性能的影响，并对今后的研究提出了建议。
内容：
1.介绍..........................................................................................................236
2.预应力加强材料................................................................................................237
2.1钢铁........................................................................................................237
2.2纤维增强聚合物(FRP).........................................................................................237
3.研究进展在表面附近的预应力碳纤维增强塑料筋....................................................................238
3.1锚固和预应力系统的CFRP加固.................................................................................244
3.2失效模式的预应力碳纤维布加固技术............................................................................245
3.3预应力NSM CFRP加固的粘结性能...............................................................................245
3.4预应力水平对钢筋混凝土梁的延性和变形性能的影响..............................................................246
3.5预应力NSM CFRP加固的有限元验证.............................................................................246
4. 研究进展预应力外部保税(EB)碳纤维增强塑料筋...................................................................247
4.1锚固和预应力系统用于碳纤维增强塑料EBR技巧..................................................................248
4.2失效模式EBR预应力碳纤维布加固的技术........................................................................250
4.3预应力混凝土结构对混凝土性能的影响..........................................................................250
4.4预应力碳纤维增强塑料条与外部预应力碳纤维增强塑料条..........................................................250
4.5有限元验证预应力外部保税碳纤维增强塑料筋....................................................................250
5. 外部研究进展后张碳纤维增强塑料的行为(EPT CFRP)...............................................................251
5.1外部的优缺点后拉(EPT).......................................................................................251
5.2失效模式EPT的预应力碳纤维布加固技术........................................................................252
5.3外部后张钢铁和FRP筋对延性的影响............................................................................252
5.4偏心率和偏心率的关系........................................................................................252
5.5有限元验证外部后张的碳纤维增强塑料筋........................................................................252
5.6 NSM的优势技术EBR和EPT.....................................................................................253
6结论..........................................................................................................253
7.1未来的研究建议..............................................................................................253
引用：
混凝土结构的使用寿命主要取决于合理的设计和施工材料的适当使用。这些因素中的任何缺陷都可能导致结构的早期退化和结构恶化。由于高运营支出及其使用限制，并不总是可以更换这种结构。使结构保持安全工作状态的唯一方法是对结构进行加固或改造。因此，对缺陷结构的加固需要对材料和采用的加固技术有全面的了解。研究人员已进行了若干次努力，确定最适当的材料和技术来加强不足的结构，这导致了预应力技术使用率的突然增加。目前，钢筋、纤维增强聚合物等预应力材料的加固已得到广泛应用[1-7]。预应力在构件中产生负弯矩，增强了构件的性能，使构件能够承受更高的荷载。
图1.强化过程图
后张拉钢筋因其在混凝土结构加固中的良好性能而得到广泛认可[8,9]。尽管预应力钢筋(通常是高抗拉钢筋)被用来承受夹紧载荷，而夹紧载荷产生的压应力相当于弯曲载荷产生的拉应力。然而，钢铁在受环境影响方面相对较弱，这是一个事实。此外，由于预应力材料的情况更加复杂，所以使用预应力材料加固结构需要仔细的设计和充分了解材料和元素的特性。
实验研究表明，纤维增强聚合物等替代增强材料可以提高结构的抗弯强度，提供更高的耐温性、更大的耐腐蚀性，并使结构的重量最小化。一般而言，采用FRP复合材料加固梁对提高梁的抗弯强度、疲劳寿命和使用性能有显著的贡献。预应力FRPs使材料能够有效地利用其拉伸能力，提高其最终和使用的极限能力。
图1所示。强化过程图。
研究表明，预应力FRP是加固退化结构的有效材料[9,12]。目前，由研究人员确定的流行的FRP类型主要有芳纶纤维增强聚合物(AFRP)、碳纤维增强聚合物(CFRP)和玻璃纤维增强聚合物(GFRP)等。所有这些材料都在各种加固技术下进行了研究，包括采用锚固和非锚固系统的近表面安装(NSM)、外粘接加固(EBR)和外后张拉(EPT)。强化过程如图1所示。
本文对国内外有关预应力材料的文献进行了综述，对预应力材料的加固起到一定的参考作用。本研究的目的是找出哪一种材料已经得到了研究人员更多的关注，研究人员使用不同的预应力技术。介绍了预应力碳纤维布在近表面安装、外粘接加固和外张拉技术中的应用，并指出了相应的优缺点。讨论了锚固系统对预应力材料的影响、主要破坏形式及加固梁的使用性能。研究了预应力水平对预应力碳纤维布延性、变形性能和粘结性能的影响。根据从文献中提取的资料作出了结论，并据此提出了今后的建议。
2. 预应力加固材料
钢和FRP同时被用于加固退化的结构。钢是传统的常用材料。虽然所有的材料都足以加固，但是随着时间的推移和这一学科的进步，研究人员已经开始探索能够在强度、使用性能、施工以及维护成本方面提供最大效益的加固材料。这些结果表明，预应力可以显著提高加固材料的极限状态性能。在本节中，讨论了不同预应力材料的性能，并强调了各种优点和缺点。
2.1钢
钢的延性好，强度与重量比好，制造和安装成本低，使其在正常和预应力条件下都是合适的加固材料。预应力筋具有实用性强、材料性能均匀、施工方便、延性好、强度高等优点，是目前普遍采用的加固材料。用钢筋加固钢筋混凝土梁是一种有效的技术。Tan和Tjandra[13]得出的结论是，预应力筋的寿命可能更小，因为预应力筋的受力达到极限强度值的一半。此外，后张拉钢筋比内部钢筋更容易腐蚀，因为首先，钢筋的直径相对较小，其次，高强钢比普通内部钢筋更容易腐蚀。即使是很小的锈蚀点或均匀的腐蚀层也能显著减小钢筋的横截面积。暴露在环境中的无保护钢筋，即使是几个月，也会导致其力学性能的大幅降低。如果使用无粘结的电缆，则必须使用防腐材料，如沥青、油、润滑脂，或塑料管道和润滑脂[9]的组合。
预应力筋所表现出来的缺点促使研究人员寻找一种更好的钢材替代品，以达到加固的目的。重要的是，混凝土结构的升级在大多数情况下并不容易，因为结构会带来一系列的困难和不同的问题。Nordin[9]报道，预应力钢可以被预应力FRP材料取代，以提高耐久性、一级蠕变和松弛性能。
2.2纤维增强聚合物(FRP)
由于抗不利环境因素的能力较弱、抗弯强度较高和腐蚀问题，预应力FRP的应用日益增多，特别是在桥梁结构中。此外，当加强构件的长度和施工现场的处理作为一个重要的考虑因素时，FRP再次提供了比[14]钢更好的性能。
预应力FRP弥补了预应力钢的不足，是近几十年来发展起来的一种比钢更适合的加固材料。预应力FRP近年来在混凝土结构中得到了广泛的应用
表1
预应力筋的典型单轴拉伸性能(ACI Committee 215)。
表2
预应力筋的典型单轴拉伸性能(CAN/CSA-S806-02)。
构件作为外部或内部加固而不是传统的钢筋。FRP具有良好的预应力性能，具有良好的应用前景。这些性能包括高性能、高强度重量比、高刚度重量比、高能量吸收、耐腐蚀和高疲劳性能。预应力FRP用于加固时，能较好地控制建筑材料的老化，比预应力钢更能承受车辆和火灾的冲击。通过使用这些聚合物，结构的地震升级和使用上的变化也更容易适应。
研究表明，预应力FRP受弯加固梁的极限承载力和使用性能均高于预应力钢梁[9,15 - 19]。表1和表2为各类预应力加固材料的典型拉伸性能[20-22]。预应力FRP具有有限的应变能力，早期可能发生过早脱粘破坏。变形能力指数可以作为避免这种现象的主要工具。通过对FRP筋进行预加应力，可以降低内部钢筋的应力和挠
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资料编号：[1634]
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