1. 引言
桥梁工程领域中，随着现今社会发展的需要，大跨径斜拉桥越来越多。但是，在这类大跨径斜拉桥的索塔设计中，拉索的设计吨位大，现目前跨徒骇河大桥的CFRP斜拉索已经达到“千吨”级的水平。并且一般索塔设计为空心薄壁结构，由于拉索传递的水平分力很大，强大的锚固集中力作用在箱型截面的内壁上，使之产生很大的局部弯矩和剪力，甚至会在塔柱的四个面上产生竖向裂缝，严重损伤斜拉桥的安全度和耐久性。于是，在索塔结构内部预留管道穿入钢绞线并施加预应力，形成对索塔的一种环向约束，以此平衡斜拉索对索塔产生的拉应力，约束方式有井字型和U形。岳阳洞庭湖大桥和福建三县州大桥的索塔开创了国内在索塔上使用环向预应力的先河，约束形式采用井字形，约束材料均使用钢绞线。后来，鉴于井字形约束方式的不足，其中包括张拉次数繁琐、锚具用量过多且同时增加了施工难度，所以现索塔增强常采用U形预应力形式(又称大吨位小半径环向预应力)。
建筑结构领域中，在轴压作用下钢筋混凝土柱截面有向外膨胀的趋势，柱的表面混凝土可能出现疏松、剥落等现象，容易导致钢筋锈蚀降低柱的承载能力。对钢筋混凝土柱表面施加环向预应力，可大幅减小斜裂缝的产生和发展[1][2][3]，据此多个研究学者先后进行了研究。由华侨大学的郭子雄发明了具有代表性的环向预应力钢套箍加固混凝土柱的方法[4]，约束材料采用U形钢板，利用对称式的U形钢板实现混凝土柱横向加固。而O形加固形式最先由北京交通大学的周长东[5]开发，约束材料为CFRP布，具体加固方式为在混凝土柱上将CFRP布进行环绕，并在一端进行张拉，形成一个近似闭环的环向加固体。另一种O形加固形式由北京工业大学的邓宗才[6]开创，类似于周长东研发的环向加固装置，但约束材料与之不同，采用钢绞线网。具体加固形式为钢绞线绕其混凝土柱一周后固定在钢板锚固件上。这三种环向预应力的预应力施加原理相同，都依靠拧紧螺栓实现。此外，较预应力施加方式不同的另一种O形加固为西安建筑科技大学的杨勇[7]创新提出，约束材料为钢带，具体加固方式为钢带环绕加固构件一圈后用打包机和设计的打包扣实现闭合连接。
在水利工程领域，各种管道随着长时间的服役，由于生产、制造、施工等因素的影响，再加上有些结构长期处于腐蚀、高温、高压环境中，最终这些管道不可避免地出现了各式各样的腐蚀缺陷、老化破坏、管体损伤等现象。因此，管道增强或加固需要一种带有环向预应力的有效方式。西南科技大学的卢毅[8]开发了一种适用于管道的环向加固装置，加固形式为O形，约束材料为FRP布，具体加固形式为在管道外壁缠绕FRP布。另外一种O形增强形式已经在工程上实际运用，约束材料采用钢筋，具体形式为在混凝土管壁预埋孔道管，养护成型后在孔道内穿入预应力钢筋，穿束完毕后进行预应力钢筋的张拉，锚固后对孔道进行注浆使预应力钢筋在混凝土内壁形成永久预应力[9]。还有一种O形加固形式则是采用体外环绕钢绞线施加环向预应力，该种方式多用于预应力钢筒混凝土管加固中[10]。
在民用工程领域，钢筋混凝土筒仓在料荷载的作用下，主要处于环向受拉和竖向受压的状态[11][12][13]。混凝土抗压强度较高而抗拉强度则较低，在环向拉应力的作用下比较容易在仓壁上形成竖向裂缝。基于此，可以考虑把材料环向缠绕在仓壁出现裂缝的破损处，形成对仓壁的一种环向约束，分担部分压力荷载，改善仓壁的变形和应力水平，提高筒仓的承载能力。周长东开发的环向加固装置以同样的方式运用在了筒仓的加固上，环向加固形式为O形，将FRP布外包在筒仓侧壁上施加预应力[14]。
2. 现有研究现状
2.1. 环向预应力技术研究现状
① 预应力钢绞线
刘超[15]以沭河景观大桥为实例背景，研究索塔锚固区环向预应力的布置形式，借助有限元软件，对提出的不同环向预应力布置形式进行对比研究，分析表明：在索塔锚固区开裂均衡性与承载力等多方面控制因素中，U形预应力筋的开口方向为横桥向布置形式优于顺桥向布置形式，且在横桥向布置形式中，U形预应力筋交替对扣布置是最合理的形式。
② 预应力钢板箍
对于环向预应力钢板箍加固柱技术，国内外预应力施加方法形式以PSJ (prestressed steel jacket, PSJ)技术为代表，如图1所示。
(a) 圆形截面钢板箍 (b) 矩形截面钢板箍
Figure1.Prestressed steel jacket, PSJ
图1.预应力钢板箍
华侨大学的郭子雄团队设计研发了预应力钢板箍(PSJ)，预应力的施加方式依靠高强螺栓拧紧实现钢板箍对内收紧。团队中的张杰[16]进行了6组低周反复加载状态下的预应力钢板箍加固短柱效果研究，试验结果表明：对试件施加的预应力度超过0.35时，在裂缝抑制方面，使用预应力钢板箍加固短柱的斜裂缝产生数量明显减少；在位移延性比方面，加固短柱与未加固短柱相比提高3倍以上，并且，随着预应力度的增大，位移延性比也随之提高；在抗弯承载力方面，加固短柱与未加固短柱相比提高10%。
黄群贤[17]利用PSJ技术与CFRP布相结合进行钢筋混凝土墩柱轴压加固试验，具体加固形式为先用U形钢板箍加固墩柱，之后在钢板箍外表面粘贴CFRP布，以此达到两者优势互补提高加固效果。试验表明：该复合加固技术提高了试件的承载能力又改善了变形能力，构件呈现出延性破坏。
③ 预应力钢带
对于环向预应力钢带加固柱技术，由西安建筑科技大学的杨勇为代表，形式如图2所示。
杨勇借鉴现有研究成果，创新提出了预应力钢带加固混凝土柱的方法，即采用钢带打包加固技术对混凝土柱施加横向预应力，进行了预应力钢带加固RC柱的轴压试验以此验证该加固技术的效果，结果显示了加固试件的轴向承载能力提高明显，并且表现出良好的变形能力和延性，反映出较好的加固效果[7]。
(a) 钢带 (b) 紧扣 (c) 圆柱加固
Figure 2.Prestressed steel strip reinforcement technology
图2.预应力钢带加固技术
郭延生[18]同样利用预应力钢带打包加固技术对经火灾后的型钢混凝土柱进行加固后抗震性能修复的有效性研究，通过不同试验工况的数据对比，发现火灾后加固构件与火灾后未加固构件相比，加固试件的极限承载能力提高14%~17%。另外，火灾加固后的构件刚度与火灾后未加固的构件刚度相比，提升了32%。
④ 预应力钢绞线
Murat Saatcioglu等人[19]率先提出了预应力钢绞线加固技术，该技术包括通过由预应力筋和专门设计的锚组成单个箍对柱进行约束。在恒定轴压和递增的横向变形下测试了七个RC柱，结果表明：该技术可以抑制剪切破坏，显著提高非弹性柱变形性。
赵顺波等人[9]著作的《环形高效预应力混凝土技术与工程应用》，解释了环形预应力混凝土的基本概念，结合现场施工案例分门别类的介绍了技术体系和施工工艺等，该技术的实质为环向钢绞线体内加固混凝土结构。实际上，在我国20世纪90年代初就开始研究环向预应力钢绞线技术，此后，成功将该技术运用在黄河小浪底水利工程排沙洞混凝土衬砌中。
邓宗才等人[6]提出了一种新的加固混凝土柱体的方法，该加固体系包括钢绞线、两块钢板锚固件和高强螺栓。具体加固方式为钢绞线一端固定在一块钢板锚固件上环绕构件一周后固定在相邻钢板锚固件上，两锚固件预留螺孔，高强螺栓穿入螺孔后，旋拧螺母施加预应力。
中国水利水电科学研究院的赵丽君[10]在研究体外钢绞线环向加固预应力钢筒混凝土管当中，表明该体外预应力加固技术效果甚好，利用钢绞线对损伤管施加体外预应力，加压至设计压力0.9 MPa，压力稳定，管体裂缝仍然处于闭合状态，管体承载能力恢复到原设计荷载，且管体水密性良好，加固效果显著。
④ 预应力CFRP布
对于环向预应力CFRP布加固柱技术，国内外预应力施加方法主要有3种：1) 自锁式锚具张拉装置；2) 预应力CFRP布加固柱结构用的张拉装置；3) CFRP布管注入膨胀水泥砂浆。
Figure3.Self locking anchorage tensioning device
图3.自锁式锚具张拉装置
Figure4.Tensioning device for strengthening column structure with prestressed CFRP sheet
图4.预应力CFRP布加固柱结构用的张拉装置
Figure5.CFRP sheet pipe laying and injection of expansive cement mortar
图5.CFRP布管注入膨胀水泥砂浆
自锁式锚具张拉装置的运用以北京交通大学的周长东为代表，周长东自主研发了该张拉装置，用以实现预应力CFRP布柱加固[5]。这种张拉装置施工方便，几乎不影响加固柱外观，直接在加固柱部位涂胶后将CFRP布缠绕并用自锁式锚具锁住。通过拧紧螺母使CFRP布同时向一端收紧从而达到施加预应力效果。不足之处在于施加预应力的方式为人工拧紧螺母，对CFRP布施加的预拉力度不大。如图3所示。
预应力CFRP布加固柱结构用的张拉装置是另外一种施加预应力技术，程东辉[20]、吴兆旗等人[21]多用该装置进行预应力CFRP布加固柱试验。该装置针对于CFRP布研发，优点在于可以施加更大的预应力，并且待涂胶硬化后，可取下张拉装置，使其循环使用。缺点在于该装置构造复杂，施工不便，且在张拉装置未移除时占用使用空间。如图4所示。
CFRP布管注入膨胀材料是国外的一种独特施加预应力方式。该加固方法的核心为：向CFRP布管注入膨胀材料达到施加预应力的效果，膨胀材料由膨胀剂和水泥砂浆拌合而成，并且通过控制所用膨胀剂用量来控制预张拉的力度。如图5所示。
除了主流的三种之外，还有一种低预应力水平的约束混凝土柱装置，由华南理工大学的陈光明[22]所研发，使用材料为FRP布。虽预应力水平过低，仅依靠拉紧时产生预应力，但在FRP布穿过锚板拉紧后，FRP布紧压于柱外表面，两者相互提供额外的紧固力及摩擦力，解决了FRP布在加固柱时因胶粘剂在高温作用下软化甚至失效而引起的约束效果降低的问题。
Ali A. Mortazavi[23]开发了一种独特的加强技术，使用膨胀材料实施横向预张。该技术提高了柱的承载能力和延性，并更好地利用了FRP布。由结果显示，通过控制所用膨胀材料的量，可以控制施加的预张力程度。
Tetsuo Yamakawa等人[24]针对RC短柱设计了一种夹钳式加固体系，使用材料为FRP布，通过两锚具上的通孔穿入螺栓实现闭合连接，然后拧紧螺母实现预应力的施加。并以夹钳式加固方法研究了预应力CFRP布加固钢筋混凝土柱的抗震性能。按照地震作用下的柱破坏特征模拟出受剪切破坏的损伤柱，并在此基础上进行加固后的受压试验。最后得出结论：钢筋混凝土柱加固后，抗压强度得到显著恢复，较剪切破坏的未加固损伤柱而言，加固柱延性系数增加一倍。
程东辉[20]通过对比试验，研究非预应力CFRP布加固与预应力CFRP布加固对混凝土方柱的加固效果，考虑了方柱配筋率的影响，对边长为200 mm的12根钢筋混凝土方柱进行了轴心受压试验。预应力加固方式为横向间隔张拉并涂刷胶水，CFRP布宽度200 mm，间隔距离为120 mm。而非预应力加固方式则为普通粘贴CFRP布，其他条件相同。结果表明：预应力CFRP布加固增强了柱的轴压承载能力，增强幅度在60%以上；配筋率会影响预应力CFRP布加固柱的加固效果，当配筋率较低时，预拉力与加固效果成正比关系，当配筋率较高时，预拉力与加固效果成反比关系；预应力加固效果优于非预应力加固效果。
陈光明团队等人[22]，考虑到FRP材料约束混凝土柱失效形式主要是FRP断裂，断裂位置常常发生在FRP材料搭接处。因为分层包裹的形式导致FRP材料层与层之间不连续，在几何非连续处，容易产生应力集中致使发生断裂。所以研究采用螺旋式包裹加固混凝土柱，并重点分析了螺旋角度对加固的影响。试验结果表明：随着FRP条带螺旋缠绕角度的增大，FRP条带约束效果不断减弱，在0˚~5˚时的缠绕角度带来的加固效果最优。
卢春玲团队[25]对周长东所研发的自锁式锚具进行了改进，针对自锁式锚具存在施加预应力水平低的问题，在原装置上增设了千斤顶，以此施加高预应力水平。通过使用该升级后的加固装置，研究该方法加固柱的抗震效果。结果表明：预应力CFRP布加固在不影响试件柱的刚度情况下大大增强试件柱的耗能能力，与未加固柱相比，耗能能力提高了112.2%~587.1%；在CFRP布包裹方式上，全包效果最好，可有效减少加固薄弱区。
⑤ 预应力CFRP板
田国昌[26]团队采用CFRP板对现有高危桥梁汤溪河大桥进行加固，加固前后对比图如图6所示，采用10条双层15,000 mm (长) 50 mm × (宽) × 2 mm (厚)的CFRP板对梁底施加200 KN的预应力，张拉控制应力控制在1000 Mpa，经过加固后桥梁裂缝宽度明显、主梁挠度明显减小，桥梁的整体承载能力和刚性得到了提高。为验证加固后的成效，对汤溪河大桥进行了荷载试验，采用了4辆大型货车进行加载，试验荷载效率为0.96，测试截面应变最大相对残余为9.86%，控制截面的应变校验系数在正常范围内；挠度校验系数为0.67~0.71之间，卸载完毕后，测试截面最大相对残余为9.25%，校验系数及相对残余均在正常范围内；荷载试验前后对试验桥跨进行裂缝检查，在检查过程中未见明显裂缝；测试结果表明桥梁工作性能良好，在卸载后具有较好的变形和恢复能力，桥梁整体处于弹性工作状态，该桥结构刚度满足设计荷载的要求，说明加固后效果显著。
陈良[27]结合了其他研究学者的预应力CFRP板夹持锚具和张拉装置，改良出了适用于古砖塔加固的预应力CFRP板张拉锚固装置。该装置可随时装配随时拆除，又兼顾在不同工作要求下具有普遍适用性，且能提供足够的预应力量程，形式较为简单，能够实现CFRP板的锚固、张拉一体化并形成围缠体系。
晏勇[28]以龙云桥建设工程项目为例子，对预应力CFRP板加固技术进行了全面的分析，讲述了预应力CFRP板的加固方式和技术，提出了加固过程中施工工艺的关键要点，总结了施工中质量控制的相应措施。本次加固方案是对跨每片梁底各布置2片规格为16,300 mm (长) × 100 mm (宽) × 1.4 mm (厚)的预应力CFRP板锚固体系进行承载力加固，该工程实践表明，预应力CFRP板加固技术效果明显，施工周期短，能有效的发挥预应力CFRP板的抗拉性能，可以彻底有效的加固桥梁的病害，对梁板有着极大的结构补强，减少并封闭了裂缝，提高了桥梁的承载能力和使用寿命。
(a) 加固前 (b) 加固后
Figure6.Comparison of bridge before and after reinforcement
图6.桥梁加固前后对比图
综上所述，预应力钢绞线和预应力碳纤维材料是最广泛适用于工程加固的方式，每种加固方式都有其独特的优势，但也不可避免的有一些缺点和局限性，总结如表1所示。
Table 1.Comparison of different reinforcement methods
表1.不同加固方式对比
加固
方式 |
优点 |
缺点 |
工程适用性 |
工程局限性 |
预应力钢绞线 |
1) 材料强度刚度高
2) 施工较为便捷 |
1) 会破坏结构完整性
2) 会引起局部刚度不匹配
3) 存在设计风险，对结构产生不可逆损伤 |
1) 需要长期荷载加固的结构
2) 需要裂缝修复的结构
3) 需要改善结构刚度的结构 |
1) 不适用于临时结构
2) 对结构影响较大
3) 施工周期过长 |
预应力CFRP布/板 |
1) 高强度轻质材料
2) 耐腐蚀性能好
3) 不影响外观
4) 加固范围广泛
5) 可预测性好 |
1) 材料价格较高
2) 对粘结质量要求较高
3) 需要专业技术 |
1) 需要提高结构承载力和刚度的结构
2) 需要快速施工的工程
3) 需要提高抗震性能的结构 |
1) 提高工程的整体造价
2) 施工工艺要求较高 |
2.2. 摩擦预应力损失研究现状
① 预应力钢带
唐红元[29]在斜拉桥预应力混凝土索塔关键问题研究当中指出，弯曲半径影响预应力损失，且弯曲半径越小，预应力损失越大。形成原因在于预应力束的弯曲曲率越大，那么预应力束单根绞线之间互相挤压，从而使孔道摩擦不再是单一的预应力束与孔道材料的摩擦关系，而是预应力束之间的互相挤压摩擦并上与孔道材料的摩擦，这种现象称之为小曲率半径预应力束的挤压效应。这种现象带来的结果就是增大了孔道摩擦系数，增大了预应力损失。
何峰[30]依托曹娥江大桥索塔锚固区节段进行足尺模型设计，进行环向预应力摩擦试验，得出一端张拉下的预应力损失较大，建议实桥张拉环向预应力筋时，采用两端张拉。另外，孔道为塑料波纹管时，一端张拉的摩阻损失率为54.1%，摩擦系数μ约为0.24；孔道为塑料波纹管焊接钢管时，一端张拉的摩阻损失率会增加到77%，摩擦系数μ约为0.45。
王欣林[32]对采用预应力钢带加固技术提高钢筋混凝土柱轴压性能试验研究中，发现预应力钢带约束未进行倒角打磨处理的钢筋混凝土方柱，由于方形柱截面形状引起的应力集中，出现了各点位应变数据的不均匀性(钢带1~6表示为在方柱上的约束位置，延柱轴向方向布置)，如图7所示。
之后，在对钢管高强混凝土叠合柱约束时，进行了倒角处理，倒角半径为30 mm，此外还对柱表面凹凸不平处进行了处理，从钢带的应变曲线的分析可以看出在事先进行倒角处理后，应变比较均匀。如图8所示。
Figure7.Strain distribution of steel strip during prestressing
图7.预应力施加过程中钢带应变分布
Figure8.Strain distribution of steel strip during prestressing (Chamfering)
图8.预应力施加过程中钢带应变分布(倒角)
Figure9.Strain distribution of hoop plate during prestressing
图9.预应力施加过程中箍板应变分布
② 预应力钢板箍
对于PSJ加固技术来说，预应力的施加是通过旋紧高强螺栓来实现，预应力的大小靠扭矩扳手的扭矩来控制。在张拉过程中，存在摩擦预应力损失现象，特别是在矩形截面柱的加固当中，角部预应力传递困难[31]。由图9所示，可以看出接近张拉端的钢板箍应变大(1#和3#)，而远离钢板箍处的应变相比较小(2#)。原因是矩形柱的角部存在一定的约束和摩擦，导致张拉力在向远端传递过程中产生了摩擦预应力损失，且摩擦预应力损失在20%~40%。因此，需对混凝土柱角部倒角并粘贴钢片增强套箍预应力的有效传递，减小预应力损失。
③ 预应力钢绞线
姜力本[33]针对桥墩的紧急加固，研制了一套适用于桥墩的应急加固锚具，该锚具由锚具钢板、预应力钢绞线、高强螺栓以及钢绞线夹片组成。详细的研究了锚具在张拉过程中产生的预应力损失。预应力钢绞线张拉过程中的摩擦预应力损失如图10所示，横坐标距离表示与张拉端的远近，距离越小离张拉端越近。纵坐标表示钢绞线的轴向应变，可反应出摩擦预应力的损失量。图例上的*号表示构件和钢绞线外表面涂刷黄油处理，而0.1和0.15代表的是施加的预应力度，通过互相比较可以得出：1) 摩擦预应力损失随预应力水平增加而增大，预应力度为0.1时摩擦预应力损失大约为50%，而预应力度为0.15时摩擦预应力损失大约为55%；2) 在涂刷黄油后预应力度为0.1时摩擦预应力损失大约为28.5%，摩擦预应力损失降低了21.5%；3) 在涂刷黄油后预应力度为0.15时摩擦预应力损失大约为28%，摩擦预应力损失降低了27%。说明加入摩擦介质能够减少摩擦引起的预应力损失，特别是类似于黄油这类的材料，能够有效减少摩擦预应力损失。
Figure10.Strain curve without friction medium and with butter
图10.未加入摩擦介质与加入黄油的应变曲线
中国水利水电科学研究院的赵丽君[10]在研究体外钢绞线环向加固预应力钢筒混凝土管当中，精确的分析了预应力钢绞线与管道外壁之间的摩擦损失，并且假设预应力钢绞线对管壁的径向压力中能引起管道弯曲损失的部分呈三角函数分布，如图11所示，推导出了管道弯曲损失F公式。
④ 预应力CFRP布
卢毅[8]参考国内外预应力玄武岩纤维布施加锚具，提出了针对于管道结构加固的预应力张拉锚固一体式锚具。对此进行了加固过程中造成的预应力损失分析，包括摩擦预应力损失、锚具损失和玄武岩纤维布松弛损失。重点分析了摩擦预应力损失机理，其两端张拉试验指明：1) 从张拉端开始沿钢管圆周方向，玄武岩纤维布应变逐渐降低，且在测点6或7位置应变最小，如图12所示。摩擦力造成的预应力损失百分比在50%~72%；2) 张拉时纤维布上的最小应变点位与两端张拉力值有关，若两端张拉力值相等，则纤维布上的应变最小点位出现在钢管的正中间，若两端张拉值不同，则应变最小点向张拉力值较小一侧偏移，如图13所示。
Figure11.Distribution diagram of contact positive pressure on pipe wall
图11.管壁所受接触正压力分布示意图
Figure12.Relationship between measuring point and strain
图12.测点与应变关系
Figure13.Stress distribution of basalt fiber
图13.玄武岩纤维布应力分布
吴兆旗团队[34]提出了一种预应力CFRP布加固砖砌体的装置，并通过试验验证其可行性和有效性。在试验过程中发现：砖砌体转角对CFRP布的预应力损失影响显著，经过两次转角后的应变值大幅度下降，如图14所示。
Figure14.Strain curve
图14.应变曲线
王强[3]研究自锁式锚具张拉体系下预应力CFRP布加固混凝土方柱的应力损失试验，重点研究摩擦预应力损失、锚具变形引起的预应力损失和CFRP布自身松弛引起的预应力损失。通过试验得出：1) 在张拉过程中，力从CFRP布的张拉端向远端传递，应力随摩擦影响渐渐减少，锚具近端倒角处的摩擦损失大于锚具远端倒角处的摩擦损失，锚具近端摩擦损失占总摩擦损失的60.43%~80.05%；2) 柱的表面粗糙程度也是影响摩擦损失大小的重要因素，其中在0.3预应力度下，涂胶后的摩擦损失率下降了2.48%，涂胶并涂抹润滑油的摩擦损失率下降了5.56%；3) 预应力度与摩擦损失量成正比，而预应力度与摩擦损失率成反比。如图15和图16所示。
Figure15.Relationship between friction loss and prestress
图15.摩擦损失量与预应力度的关系
Figure16.Relationship between friction loss rate and prestressing force
图16.摩擦损失率与预应力度的关系
⑤ 预应力CFRP板
陈良在古砖塔加固中，进行了短期张拉试验研究和长期张拉试验研究[26]。短期张拉试验又分别做了一端张拉和两端张拉。得出的关系如图17和图18，一端张拉研究结果表明：1) 由于受到摩擦和张拉方式的影响，CFRP板上出现了应变不均匀的现象，不均匀的现象表现在离张拉端越远应变变小；2) 在古砖塔棱角处的应变均大于相邻应变；3) 经过超张拉后，由近张拉端转角处点A和B与远张拉端转角处点D和E的应变大小可知，近张拉端与远张拉端的应变差异减少，表明超张拉对克服摩擦作用有较好的效果。两端张拉试验加入了微曲垫板来改善CFRP板与古砖塔的接触状态，研究结果表明：1) 远离张拉端各点的应变仍小于靠近张拉端各点的应变，但与一端张拉时CFRP板上各处的应变相比均匀程度有所好转；2) 加设4 cm矢高微曲垫板后，各转角处的应变仍大于相邻面中点处的应变但是差异值明显缩小，说明微曲垫板能降低转角处的局部应力使各边塔身也能均匀受力。(图中A和B为靠近张拉端的转角处、B为靠近张拉端平面上的一点、D和E为远离张拉端的转角处、D为远离张拉端平面上的一点)。
Figure17.Strain curve of CFRP plate tensioned at one end
图17.一端张拉的CFRP板应变曲线
Figure18.Strain curve of CFRP plate tensioned at both ends
图18.两端张拉的CFRP板应变曲线
长期张拉试验结果表明：在张拉后的48小时之内，CFRP板上原先应变较大的测点逐渐衰减而原先应变较小的点渐渐变大，大约在一个星期后，CFRP板上所有测点的应变逐渐均匀。
笔者团队研究了CFRP板微曲张拉时的预应力损失[35]，试验装置如图19，试验研究基于铰式波形锚具系统对碳纤维板具有可靠锚固性能的条件下，使碳纤维板在不同曲线角度状态下张拉时，对其由摩擦导致的预应力损失进行分析对比，重点分析了张拉力值和张拉角度对摩擦预应力损失的影响，由试验结果得出摩擦预应力损失随张拉力值的增大相应增大，并且张拉角度对摩擦预应力损失同样呈现出相同的规律。碳纤维板呈直线状态下张拉时，碳纤维板上的应力分布比较均匀，不存在预应力摩擦损失；碳纤维板呈曲线(张拉角度为2˚)张拉时，张拉力为100 kN，其摩擦损失率约为张拉控制应力的1.18%；碳纤维板呈曲线(张拉角度为4˚)张拉时，张拉力为100 kN，其摩擦损失率约为张拉控制应力的2.00%；碳纤维板呈曲线(张拉角度为6˚)张拉时，张拉力为100 kN，其摩擦损失率为张拉控制应力的2.58%；碳纤维板呈曲线(张拉角度为8˚)张拉时，张拉力为100 kN，其摩擦损失率为张拉控制应力的3.29%。试验结果如图20所示。
Figure19.Curved tensioning of prestressed CFRP slab
图19.预应力CFRP板曲线张拉
为了进一步研究摩擦介质和转向块个数对摩擦预应力损失的影响，又在该曲线张拉试验的基础上增设了4种摩擦介质和多个转向块，以此来具体分析影响情况[36]，由试验结果得出随着张拉力的增大，CFRP板的摩擦预应力损失率逐渐减小，且转向块数量的多少对摩擦预应力损失几乎无影响。试验结果如图21所示。
Figure 20.Relationship between tensioning force and friction loss
图20.张拉力与摩擦损失量关系
Figure 21.Relationship between tensioning force and friction loss rate
图21.张拉力与摩擦损失率关系
3. 结论
综观现有的环向预应力增强或加固技术，多采用钢绞线或CFRP布作为约束材料。而CFRP板在索塔、墩柱或管道等的环向预应力应用极少，究其主要原因在于：对于这类构件，CFRP板预应力的有效施加和传递是实现结构设计的重要技术，目前扬州大学所开发的CFRP板环向张拉装置所用锚具过大，导致张拉装置整体过重，并且张拉力值大小通过油压表计算，操作不便，难以推广。
在摩擦预应力损失研究方面，由于契合于CFRP板的环向张拉装置很少，对于CFRP板环向张拉时的摩擦损失研究不多，并且不够深入和充分。而笔者团队之前的预应力CFRP板曲线张拉试验虽会弯曲CFRP板并且研究了由转角或转向块引起的摩擦预应力损失，但是弯曲角度不大，没有研究CFRP板180˚环向张拉下的摩擦预应力损失。
因此，环向张拉CFRP板时，与构件表面接触处或转向节点处因滑动摩擦产生预应力损失值大小是需重要研究的内容。同时，由于本文研究时间和深度有限，所收集资料不足，很多深层次内容有所欠缺，CFRP板与接触界面的曲段摩擦系数和改善摩擦预应力损失方法都有待更深入的探究。
4. 发展趋势
环向预应力加固作为一种有效的结构加固方法，在未来的发展中可能会朝着材料技术的创新、施工工艺的改进、结构性能优化等方面发展。
(1) 在材料技术创新方面，环向预应力加固技术的发展趋势主要包括以下几个方面：
① 高性能预应力材料；② 新型复合材料；③ 智能材料；④ 环保材料；⑤ 数字化技术；⑥ 多功能材料。
(2) 环向预应力加固施工工艺的发展趋势主要包括以下几个方面：
① 自动化施工；② 智能施工；③ 数字化施工；④ 精准施工；⑤ 绿色施工；⑥ 标准化和规范化。
(3) 环向预应力加固结构性能优化的发展趋势主要包括以下几个方面：
① 材料优化；② 结构设计优化；③ 施工工艺优化；④ 监测与维护；⑤ 耐久性优化；⑥ 多功能化设计。
综上所述，预应力加固技术作为一种有效的结构加固方法，其发展趋势主要体现在材料创新、施工工艺改进、结构性能优化等方面。随着材料科学和技术的不断进步，新型高性能预应力材料的研发将推动加固效果的提升。施工工艺的智能化和高效化将提高施工效率和加固质量。结构性能优化将使加固结构的设计更加精准和高效。我们要各个方面充分结合起来共同促进加固技术的发展，这将为我们的加固领域带来更多创新和可能性。
基金项目
重庆科技大学硕士研究生创新计划项目(项目批准编号：YKJCX2220648)。