钢结构加固技术的研究现状与进展(2)
2.4 粘结剂及其受力分析的研究
西安建筑科技大学的彭福明[7]等采用有限元方法,对粘贴CFRP加固修复钢结构时影响二者之间荷载传递效果的因素进行了系统的分析。
杨勇新等对粘贴碳纤维布加固钢板进行了静力拉伸试验[13]，试验结果表明：1) 粘贴碳纤维布能有效提高拉伸构件的屈服荷载，但是对极限荷载的贡献不大。2) 采用高模量的碳纤维布加固损伤钢构件的效果更加明显。3) 保证碳纤维布在钢材屈服后仍不发生剥离是非常重要的。
张宁等通过界面粘结力的试验研究和公式推导，得出如下结论[14]：1)碳纤维材料与钢结构的界面应力受到材料性能、粘贴质量、粘贴方式、胶层厚度等因素的影响。2) 界面的受力随着粘结长度的变化而变化，但当粘结长度增大到一定值时,承载力不再提高。3) 粘结剂涂抹要均匀,厚度要适当。4) 碳纤维布要保持平直,粘贴方向与最大受力方向保持一致,以充分发挥碳纤维的受力性能。
在粘贴CFRP 之前,加强钢材表面的处理可以增强粘贴强度和耐久性。当表面处理完成后15h 内必须粘贴CFRP ,否则会降低粘结强度。Miller[15]建议应用加速养护方法,比如电热毯或加热器来提高粘结剂的养护速度。表面处理或者喷砂处理可以从钢结构表面除去铁锈、各种涂料和油漆,增强粘结效果。Jason D.Bardis[16]系统研究了各种表面处理方法对粘结强度的影响。为了避免胶层的剥离破坏,提出了很多方法。Vinson[17]提出把FRP 板的两端做成45°角,可有效地减小胶层的应力。Sen[18]设计了一种钢夹具固定在FRP板两端来抵抗此处较大的正应力和剪应力。Liu[19]则建议在张拉翼缘和腹板上缠绕纤维方向垂直于梁长度方向的GFRP 以避免CFRP 片材与钢结构的剥离。
2.5 预应力加固钢结构技术的研究
预应力加固钢结构技术是将传统的体外预应力施加技术与碳纤维加固技术结合起来,从而起到加固钢结构的作用。预应力CFRP 加固钢结构是一种加固新方法。现有的试验研究很少,基本都处在理论研究阶段。江克斌[20]等人应用有限元软件ANSYS 对长5m ,高。0.2m ,宽0.1m 的矩形截面钢梁进行了非线性分析并进行了理论公式的推导。
赵启林[21]等人提出了CFRP 加固钢结构的反拱预应力技术。其基本思路是:首先利用已经成熟的体外预应力施加技术,在结构使用荷载的反方向施加荷载,消除已有变形并且使结构产生一定的变形,在该变形状态下粘贴CFRP ,当CFRP 与钢结构梁等结构粘贴可靠后撤收施加预应力的设备。推导了理论公式并用有限元分析了公式的适用性。预应力加固现处在起步阶段,将是今后重点研究的一个方向。
3 结论与展望
传统的钢结构加固技术已被广泛地运用到许多工程领域中，技术日渐成熟，但是同时又给结构带来一些新的问题,如产生新的损伤和焊接残余应力等。
CFRP加固钢结构技术是一种应用潜力非常大的新型加固技术，但目前对CFRP加固钢结构的研究在国内外尚处于起步阶段，在今后的研究工作，可以从如下几个方面开展：加强钢结构受弯、受拉(压)构件加固的试验和理论研究;CFRP加固钢结构工程的疲劳损伤试验研究;CFRP加固钢结构构件的稳定承载力试验和理论研究;粘结剂是连接碳纤维和构件的重要因素，应加强粘结剂力学性能的研究;预应力CFRP加固钢结构是新型的体外预应力技术，应开展此方面的研究课题;,应积极开展对FPP 加固钢结构无损检测技术(NDT) 的研究。
参考文献
1 冯玉珠.前苏联的几种钢结构加固法. 钢结构, 1993,第2期:51～60
2 A2Saidy Abdullah , Klaiber F W, Wipf T J . Structural Behavior ofComposite Steel Beams StrengthenedPRepaired with Carbon FiberReinforced Polymer Plates(Phd\"s Dissertation) ,Ames , Iowa : Iowa StateUniversity ,2001
3 彭福明，等. FRP加固修复钢结构的荷载传递效果分析.工业建筑,2005,35(8):26～30.
4 郑云，等. CFRP加固疲劳损伤钢结构的断裂力学分析. 工业建筑,2005,35(10):79～82
5 杨勇新，等. 碳纤维布加固钢结构的黏结性能研究. 土木工程学报,2006,39(10):1～5
6 张宁,等. 碳纤维布加固修复钢结构粘结界面受力性能试验研究.工业建筑 2003,33(5):71～80
7 江克斌,等. 采用预应力碳纤维技术提高钢结构承载力的分析. 解放军理工大学学报,2003 ,4 (4) :58～60.
8 赵启林,等.碳纤维加固的反拱预应力技术及其提高钢结构承载能力的分析. 钢结构, 2002 , 3(17) :51～53.
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