用于加固金属结构的创新型 CFRP 预应力系统

本研究开发并测试了一种创新型改造系统（专利号 CH 706 630 B1），用于对碳纤维增强聚合物（CFRP）板施加预应力并将其锚固到现有金属梁上。该系统在 CFRP 板与梁之间无需使用任何胶粘剂；因此不需要进行表面处理，从而缩短了改造时间并降低了成本。所提出的预应力无粘结加固（PUR）系统包括一对基于摩擦力工作的机械夹具。每个夹具可同时夹持三块 CFRP 板并将其固定在梁上。文中阐述了作为 PUR 系统最关键元件的夹具的设计考量。该系统采用梯形构型，可实现简便的现场安装与拆卸流程，且不会对金属梁造成残留损伤。对三根 5-m 长的钢梁进行了静力加载直至破坏的试验，包括一根未加固的基准梁和两根分别采用 15% 和 31% CFRP 预应力水平加固的梁。改造后的梁在屈服承载力和极限承载力方面均获得了显著提高。与基准试件相比，采用 15% 和 31% CFRP 预应力水平加固的梁的极限承载力分别提高了 23% 和 31% 以上。建立了有限元（FE）模型以模拟改造后梁的受力行为。随后，将 FE 结果与试验结果进行了对比。