【摘要】CFRP布材的生產(chǎn)工藝相當成熟，廣泛用于混凝土結構的加固。利用CFRP布施加預應力可更加充分發(fā)揮其高強耐腐蝕性能。本文對CFRP布材施加預應力的可行性進行了分析和說明，并通過了具體試驗介紹了進行的CFRP布材預應力平板的試驗情況。并對有待深入研究的內(nèi)容作了歸納。 
關鍵詞 CFRP布 錨具 預應力平板 預應力張拉 

1、 概述 
工程實踐表明，CFRP復合材料能適應現(xiàn)代工程結構向大跨、高聳、重載、高強和輕質(zhì)發(fā)展以及承受惡劣條件的需要，符合現(xiàn)代施工技術的工業(yè)化要求，正被越來越廣泛的應用于橋梁、各類民用建筑、海洋和近海、地下工程等結構中。應用的方式有兩種：一是直接應用于新建結構中，二是用于舊有結構的維修加固，以取得良好的經(jīng)濟效益[1]～[3]。 
我國于1996-1997年正式對CFRP用于土木建筑結構進行研究，并在1998所開始了實際的工程應用，至今國內(nèi)已有近十個科研院所、十余所高等院校，對其技術性能進行了研究，取得了大量的科研成果。但國內(nèi)的研究成果和對象基本上以結構加固和修復為主。與國外已開展采用CFRP代替鋼筋和預應力筋或索的使用相比已明顯落后，有必要開展相關的應用研究[2][4]。 
雖然抗拉強度高和彈性模量低使得CFRP筋束非常適合于施加預應力，但它還有高度的非均質(zhì)性和脆性的缺點，這非均質(zhì)性使其極易在預應力錨固時發(fā)生破壞，而其脆性則在施加預應力時比鋼材更加危險。迄今為止還沒有一種錨固系統(tǒng)能保證所有的CFRP力筋達到最佳預應力傳遞，這也是在對CFRP預應力錨固體系研究內(nèi)容之一。 
目前對CFRP作為預應力材料的研究主要集中在開發(fā)相關預應力錨具的同時，進行高性能CFRP材料的研制與開發(fā)。而作為較先應用于結構工程的CFRP片材，其應用和開發(fā)已十分成熟，而且應用相當普遍。高性能混凝土的應用，尤其是自流平混凝土的應用，借助已成熟的布材CFRP和預應力技術的結合，將會給CFRP材料和預應力技術提供新的應用方式和思路。本文主要介紹作者正在研制的CFRP材料，進行平板結構性能的研究和施工工藝的研究。采用CFRP布作為預應力材料的研究目前尚未見相關報道[5]～[8]。 

2、 CFRP布材預應力的優(yōu)點及意義 
碳纖維增強塑料（CFRP）由于其高強度和優(yōu)良的抗腐蝕和耐久性等優(yōu)點，國內(nèi)外都在開展其替代鋼材的應用研究，但多局限于將CFRP作為體外加固材料使。隨著近年來CFRP材料開發(fā)技術的成熟，其價格的迅速下落給CFRP在結構上的應用提供了很好的機遇。CFRP作為預應力筋的想法也由來又久，但是由于CFRP表現(xiàn)出來的脆性使得對其錨固相當困難[4][7]。為此，作者在避開需要預應力錨具的CFRP筋材，改用技術成熟的CFRP布材進行施加預應力的研究。 
如果采用布狀CFRP形式施加預應力，具有如下優(yōu)點： 
（1） 不需要錨具，或開發(fā)出相關的垂直加壓設備代替筋材所需要的錨具，從而節(jié)省錨具費用； 
（2） 利用片狀材料自身施加預應力，能避免采用常規(guī)錨具時的斷裂現(xiàn)象； 
（3） 布狀CFRP由于具有較大的表面積，可提供與混凝土間的足夠接觸面積，因此可以很好地保證CFRP與混凝土完全充分的粘結； 
（4） 通過織物布狀交錯張拉可方便實現(xiàn)縱向和橫向施加預應力； 
（5） 布狀CFRP靈活的布置和相對少的空間占用，可避免因過多鋼筋所導致的施工不便。 
國內(nèi)外對CFRP布材作為預應力材料使用的研究目前尚未見到報道。本文公將混凝土平板作為研究對象，對采用布材施加預應力時平板受力和截面性能作一介紹，為CFRP布材作為預應力的更大范圍推廣使用提供理論依據(jù)。在結構工程和橋梁工程中的平板結構中，包括預制和現(xiàn)澆法，采用先張法對CFRP布材預應力技術可起到更加理想的效果。這一方法對采用CFRP布進行預應力張拉的結構加固也具有借鑒意義。 

3、 CFRP布材施加預應力效果 
試驗采用上海怡昌碳纖維材料有限公司生產(chǎn)的同固牌的CFRP布，型號為CFC2-2。材料參數(shù)如下： 
產(chǎn)品厚度 碳纖維種類 抗拉強度 抗拉彈性模量 斷裂延伸率 單位面積重量 布寬度 
0.17mm T-700-12K ≥3500MPa 220GPa 1.8% 200g/m2 100mm 
與CFRP筋材不同，由于CFRP布薄而寬，對CFRP布施加預應力必須克服其張拉不均勻性。試驗張拉采用作者設計的裝置進行，并由柳州歐維姆機械股份有限責任公司加工。圖1中的照片1和2分別顯示了不均勻張力所導致的CFRP布部分纖維發(fā)生破壞時的情況。圖2中的照片顯示了克服不均勻張拉的效果。圖3中的照片顯示是3條CFRP張拉后埋置于混凝土平板中進行加載前的情景。