鋼筋混凝土的出現(xiàn)極大地促進了人類社會的進步。然而，由于在服役期間環(huán)境變化，自然災害或長期載荷的作用，導致其結(jié)構(gòu)性能發(fā)生退化，大量混凝土結(jié)構(gòu)面臨著修復與加固改造。

碳纖維復合材料由于具有輕質(zhì)，比強度高，耐腐蝕及耐久性優(yōu)異，減震性能好，熱脹系數(shù)與混凝土近似等優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的鋼筋材料，廣泛用于新型加固材料領(lǐng)域。

碳纖維板( 以下簡稱碳板) 作為碳纖維復合材料中的一種，尤其是預應力碳板，結(jié)合其自身高的抗拉強度和施加預應力的特點，能有效減少甚至消除其應變滯后的問題，同時還可減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的撓度變形，并能減少和封閉裂縫。

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碳板理論抗拉強度達 2800～3000 MPa，對碳板良好的錨固是發(fā)揮其強度的前提，錨固效果差或錨固失效都會使碳板難以達到預期的強度，如出現(xiàn)脫錨，“切口效應”等現(xiàn)象。

現(xiàn)如今，大量研究針對預應力碳板錨具展開：波形錨具，楔形錨具，平板錨具和 sika 錨具等。這些錨具針對整體寬度10cm或 5cm 的碳板有較好的錨固效果。

在GB/ T3354－2014對定向纖維增強聚合物復合材料的拉伸性能測試中，規(guī)定的纖維復合材料寬度小(12.5 mm) ，錨具長度短(50mm) ，而錨具尺寸偏小會減弱錨固效果，因此這在一定程度上對錨具提出了更高的要求?，F(xiàn)有的錨固形式只能解決薄碳板的錨固問題，而對厚度較大(3mm) 的碳板會出現(xiàn)脫錨現(xiàn)象。

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針對以上問題，卡本開發(fā)了一種基于角度差異理論的楔形錨具，該錨具不僅能解決常規(guī)厚度(1.4 mm和2.0 mm) 碳板的錨固問題，還能克服在使用加強片錨固3.0 mm厚度碳板時出現(xiàn)的錨具滑脫問題。

采用這種錨具錨固的碳板抗拉強度均超過2400MPa，破壞形式正常。這種類型的錨具設計為今后預應力碳板的測試提供了更多選擇性，同時也為其他碳纖維加固材料，如: 預應力碳纖維筋或碳纖維棒，提供了更多思路。

實驗結(jié)果

將碳板固定安裝在萬能試驗機的夾具上，采用 2 mm/min 的拉伸速度進行測試，直至碳板發(fā)生破壞。實驗結(jié)果如表1所示：

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表1為鋁加強片3種不同厚度碳板張拉破壞的抗拉強度和破壞形式統(tǒng)計?？梢钥闯觯?.4 mm 和2.0 mm 厚碳板的破壞形式正常，其破壞形式如下圖(a) 和(b) 所示，均為散絲工作段拉斷，兩種厚度碳板的抗拉強度高達2500～3000 MPa，這一數(shù)據(jù)高于GB50728 - 2011 對于高強Ⅰ級碳板的抗拉強度(2400MPa) 要求，同時這一數(shù)值高于大多數(shù)文獻報道數(shù)據(jù)。

然而，3.0mm 厚度的碳板在未破壞前已出現(xiàn)脫錨，如下圖(c) 及其右上角的插圖所示。

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為了解決上述鋁加強片存在的缺陷，接下來卡本開發(fā)出一種新型的楔形錨具，錨固碳板后測出的拉伸性能 如表2所示。

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使用楔形錨具錨固的1.4 mm和 2.0 mm 厚的碳板抗拉強度達到2500～2800 MPa，超過國標中對高強Ⅰ級碳板的要求，這一數(shù)據(jù)也與使用鋁加強片作為錨具的數(shù)據(jù)接近。此外，1.4mm和 2.0mm厚的碳板的破壞形式均為散絲工作段拉斷，屬于正常破壞，如下圖 (a) 和(b)所示。

而 3.0 mm 厚的碳板在抗拉強度也達到了2500～2600 MPa，這一數(shù)據(jù)要高于使用鋁加強片的數(shù)據(jù)，而且碳板正常破壞，并未發(fā)生脫錨，如下圖(c)所示。

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對碳纖維板的有效錨固是體現(xiàn)碳板力學性能的核心。

鋁合金加強片能夠錨固常規(guī)厚度的碳板(1.4mm 和 2.0 mm) ，使其抗拉強度發(fā)揮到極限水平，但錨固厚度更大的碳板會出現(xiàn)脫錨現(xiàn)象。鑒于此，卡本開發(fā)一種基于角度差異理論的楔形錨具，該錨具有效地解決了上述問題。

從受力分析的角度解釋了加強片和楔形錨具的錨固基理。該楔形錨具錨固的碳板抗拉強度高達 2900 MPa，遠超國標要求。通過這種設計，為碳纖維板的性能測試和錨具開發(fā)提供了新的思路。