概览
- 锚固解决剥离问题 — 这是外贴CFRP最主要的破坏模式(一个375根梁的数据库中100%发生剥离，其中70%始于裂缝处、30%始于端部) — 锚固能在单靠粘结会发生剥离的位置把层材固定住。
- 并非每个项目都需要：三面U形包裹必须锚固才能按全包裹的应变水平设计；全包裹截面和低需求端部往往不需要。
- 最优类型：一项FDOT研究将FRP条带/薄片锚固排在首位 — 非专利、侵入性最小 — 而ACI指出经锚固的U形包裹端部可带来20–60%的剪切承载力提升。
机械锚固能阻止粘结的CFRP层材在纤维充分发挥作用之前就发生剥离脱落，从而让其发挥出更大的强度。由于剥离通常是加固设计的控制因素，锚固往往能把一个受粘结长度限制的构造节点，变成一个能充分发挥效能的节点。本指南基于ACI 440.2R和一项FDOT锚固研究，讲清何时需要锚固、有哪些方案类型，以及能带来多大的增益。
外贴CFRP为什么需要锚固？
因为它会在断裂之前先剥离。在一个包含375根无锚固外贴FRP受弯梁的数据库中，100%都发生了剥离破坏 — 70%是从受弯裂缝处开始的中间裂缝剥离，30%发生在板端 — 几乎没有一根达到纤维断裂。剥离可能穿过胶层、界面，或混凝土保护层，但最常见的是沿混凝土表面发展，因为混凝土的抗拉能力最弱。锚固正是针对这两个起裂点进行干预。
锚固到底在什么情况下是必需的？
并非每个项目都需要 — 它针对的是一种特定风险。最明确的规则是：三面U形包裹必须经过锚固，才能按全包裹的有效应变进行设计，因为它的两条切割边缘是剥离最可能起始的位置。在剪切工况下，未锚固的U形包裹或侧贴系统受粘结长度限制(有效应变εfe = κv·εfu，上限为0.004)，而且它本身的强度折减系数就更低(U形/两侧粘结ψf = 0.85，全包裹为0.95)。当这种受粘结长度限制的应变无法满足需求时，就需要锚固。全包裹截面和低需求端部区域往往什么都不需要。
有哪些锚固类型，哪种最好？
一份FDOT报告(BEA90)归类了七种类型：FRP锚钉/纤维束锚固、U形包裹、开槽U形锚固、马钉式锚固、FRP条带/薄片锚固、机械金属锚固，以及纵向凹槽。按实用性打分 — 专利状态、侵入性、安装容差、复杂度和设计指南完整度 — FRP条带/薄片锚固排名第一：非专利、侵入性最小(5级中的1级)，并有完整的ACI/fib/FDOT设计指南支持。纤维锚钉排名第三，机械金属锚固排名第四(留给需要强制约束、而粘结条带表现不足的情形)。
锚固能带来多大的强度提升？
这取决于具体系统，坦率地说，不同研究之间不应随意做交叉比较。ACI PRC-440.2-23首次将纤维锚固设计正式纳入规范(§14.1.4)，指出正确锚固的U形包裹端部可带来20–60%的剪切承载力提升，其规则为锚固间距≤250 mm、扇形角度≤60°。但方向有时比锚固数量更重要：在足尺梁试验中，仅靠竖向条带加锚钉，极限剪切承载力只提升约2%，而加上水平条带后可提升到约36% — 真正起决定作用的是横向条带，而不是锚钉本身。
为什么不能只靠延长粘结长度来解决？
因为粘结力存在上限。存在一个有效粘结长度，超过这个长度后，再增加粘结长度基本不会再传递更多的力 — 可锚固的力会趋于渐近饱和。这一现象历史上由Holzenkämpfer模型(fib Bulletin 14)及其现代的有效粘结长度衍生模型所描述。所以“只是再多粘一段”在超过这个长度后并不能提升承载力；只有机械锚固或纤维锚固才能提升可达到的应变。锚固的安装做法细节，才是它真正起作用的关键。
NSM近表面嵌贴和FidStrong的锚固产品呢？
近表面嵌贴(NSM)条带被置于凹槽内、三面被环氧包裹，约束效果更好，因此ACI允许采用更高的剥离上限εfd = 0.7εfu，而不是表面粘结的计算公式 — 相当于内置了锚固。对于离散式锚固，FidStrong的FX50碳纤维绳在现场用FSE322环氧树脂浸渍饱和，呈扇形展开粘贴在织物上并嵌入钻孔中；它是锚固系统产品线的一部分。
常见问题
每个CFRP项目都需要机械锚固吗？
不需要。锚固针对的是特定的剥离风险，而不是默认要求。以下情况需要锚固：三面U形包裹(要采用等效全包裹应变时)，以及受粘结长度限制的应变(κv·εfu ≤ 0.004)无法满足需求的情形。全包裹截面和低需求端部区域往往不需要。
该指定哪种最优的锚固类型？
FDOT的研究将FRP条带/薄片锚固排在首位 — 非专利、侵入性最低(5级中的1级)，并有完整的ACI/fib/FDOT设计指南。纤维锚钉排名第三；机械金属锚固排名第四，留给需要强制约束、且粘结条带表现不足的情形。
锚固实际能带来多大的强度提升？
这与具体系统有关。ACI 440.2R §14.1.4规定，U形包裹端部采用纤维锚固可提升20–60%的剪切强度。但梁试验显示，条带的方向比锚钉数量更重要 — 仅竖向条带只提升约2%，而加上水平条带则达到约36%。
能不能只延长粘结长度而不做锚固？
不能。有效粘结长度是一个硬性上限 — 超过这个长度，再增加粘结长度也不会传递更多的力。只有机械锚固或纤维锚固才能把可达到的应变提升到仅靠粘结长度所无法达到的水平。
为什么NSM比表面粘结CFRP需要的锚固更少？
NSM条带被置于凹槽内，三面被混凝土和环氧树脂约束，因此ACI 440.2R允许的剥离上限为εfd = 0.7εfu — 远高于表面粘结的计算公式。暴露的粘结面越少，可发生剥离的面积也就越小。
锚固绳标注5,500 MPa — 能按这个数值设计吗？
不能，那是干纤维参考值。经浸渍捆扎后，根据数据表，FidStrong的FX50锚固设计基准强度为2,400 MPa(210 GPa，伸长率0.9%)。锚固设计始终应采用浸渍成束后的数值，绝不能用干纤维数值 — 这一注意事项在整个行业都适用。
锚固在抗震加固中最为关键，此时切割边缘的U形包裹要承受往复剪切。想了解基础知识，请参阅什么是CFRP加固。
FidStrong在ISO 9001、14001和45001质量体系下生产FSC碳纤维织物、FSE浸渍环氧树脂，以及FX50/FCA碳纤维锚固产品。本文中的设计数值引自ACI 440.2R(§14.1.4，表11.3)、fib Bulletin 14、一项FDOT锚固研究，以及产品数据表；锚固是工程设计工作 — 请务必对照适用规范核实所有数值。