碳纤维布新型夹具的研制.pdf

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1、工艺与设备广东建材2012年第11期碳纤维布新型夹具的研制陈雅云(福建农林大学交通学院)摘要：本文结合工作经验，研制适用于碳纤维布的新型夹具，对夹具的构造、特点、试验进行介绍。关键词：碳纤维布；夹具；研制随着社会的发展，我国建筑物的数量在不断增长，但在使用过程中，部分新、老建筑由于设计施工的失误、使用功能的改变、自然灾害等原因，出现了一些影响正常使用的变形或损伤。碳纤维增强塑料(CFRP)由于具有强度高、耐腐蚀性好、施工方便及效率高等优点，从上个世纪它就被引入了建筑结构加固领域，并得到了广泛应用。⋯目前国内外已经开展了一些CFRP布加固结构的研究和实验

2、。[z1在CFRP布加固结构的技术中，夹具是实现构件加固效应的重要保障。[。1目前工程中对已有结构的加固和补强主要采用片材，由于片材锚固中的抗剪和抗滑移难度较大，尚未有成熟的技术方法和专用锚具产品用于片材。我们在研究国内外已有碳纤维布夹具的基础上，开发出一套受力合理、操作简单、经济实用的适宜于夹持CFRP布的张拉夹具，并对张拉夹具的夹持能力进行初步的张拉试验研究，为以后预应力碳纤维布加固系统的开发奠定了基础。1碳纤维布夹具研制需解决的主要问题(1)CFRP布各向异性，抗剪强度低、抗挤压刚度差，以及它自身对缺陷的敏感性等弱点，需解决其易被夹具夹断的问题。

3、(2)碳纤维布表面摩擦系数很小，极易产生滑移现象，需解决夹具的自锚能力。(3)国外的夹具价格昂贵，尺寸较大，需解决夹具尺寸和成本问题。2CFRP布夹具Ml的结构设计本试验中的碳纤维布夹具的材料选用Q345钢材、螺栓采用10．9级高强度螺栓。碳纤维布夹具MJ主要是由两块弧形的波形齿板，圆柱体及锁定装置等组成。上、下弧形波形齿板的凸缘(或凹缘)波形线是相互吻合的，上、下弧形波形齿板之间没有缝隙，用于粘贴和夹持碳纤维布，该特点成为夹持和锚固碳纤维布的基础。本文所研究的压紧及锁定装置主要是由两根螺栓组成，所以在上、下弧形波形齿板和圆柱体相应的位置钻孔，以便安装

4、起紧固作用的螺栓。图1和图2是本文试验研究的一76一一个由钢材经线切割加工而成的碳纤维布夹具MJ组合完整的实物照片。图1一夹具Ml侧面图图2夹具MJ正面图3cFRP布夹具的初步试验研究CFRP布夹具作为CFRP布的一种专用夹具，其夹持CFRP布的方法与以往的碳纤维布夹具不同，是一种新型的碳纤维布夹具。由于CFRP布夹具涉及到的影响因素较多，但限于试验条件、测试手段等，本文没有逐一研究各个影响因素，而是对CFRP布夹具的夹持能力进行了初步的试验研究。3．1材料性能及试验装置CFRP布采用高强度I级布，规格为：宽度×厚度=lOOmm×0．167mm，其抗拉

5、强度标准值3400MPa，弹性模量2．3×105MPa，拉应变设计值0．01。CFRP布的粘贴材料采用日本辰日株式会社提供的TH—RESIN型胶。本试验是在重庆大学土木工程学院的岩土试验室内的IN—STRON材料试验机上进行。试验时通过连接装置将碳纤维布夹具固定在张拉机的上下夹头进行张拉，试验机控制张拉力从1KN开始加载直至发生破坏。整个试验过程中，CFRP布夹具的张拉力可以直接通过连接设备的电脑中读取，这样子提高了试验的精准度。3．2CFRP布夹具MI的张拉试验3．2．1试验原理及力学模型夹具MJ在吸收了国内外已有夹具优点的基础上，又有一定的创新：①

6、碳纤维布夹具MJ一2是粘贴型夹具：@CFRP布的粘结面采用曲线形式；③粘结面处理成连续微齿形状；其目的就是在充分保证粘结面粘结质量的广东建材2012年第11期z．艺-b设备同时能够更均匀的将紧固力施加给CFRP布。MJ一2夹具的工作原理是利用CFRP布与上、下弧形的波形齿板之间的粘结力和摩擦力，将CFRP布可靠地夹持于上、下弧形的波形齿板之间；上、下弧形的波形齿板为凸缘(或凹缘)结构，有增大粘结面积和增加摩擦力的作用；碳纤维布缠绕在柱体外围以及锁定装置使上、下波形齿板以及它们之间所粘结并夹持的CFRP布之间互相挤压，进一步增大摩擦力和提高粘结力，使CF

7、RP布的夹持效果更加可靠。由于波形齿夹具是依靠粘结力和摩擦力工作的，对抗剪性能较差的CFRP布没有集中的横向剪切力作用，所以CFRP布不会被夹断。为简便起见，以仅由上、下弧形的波形齿板和柱体组成的夹具为例阐述其力学模型，如图3所示，缠绕在柱体外侧的碳纤维布及锁定装置(如螺栓)对上、下波形齿板施加压力。以碳纤维布为隔离体，其受到的力有：沿碳纤维布纵向受到的集中拉力F，CFRP布与上、下波形柱体接触的部分受到的粘结力、摩擦力以及上、下波形柱体对其施加的表面压力。其中摩擦力包括由于上、下波形柱体对CFRP布的表面压力引起的摩擦力和由CFRP布的弯曲效应引起的

8、摩擦力。图3碳纤维布夹具原理图3．2．2试验准备MJ夹具张拉试验的准备工作主要是碳纤维布的粘贴