纖維增強聚合物（FRP）系統，特別是使用碳纖維（CFRP）的系統，已被廣泛應用於既有混凝土結構的補強。雖然外部黏貼CFRP能顯著提升撓曲與剪力容量，但其有效性常因混凝土基材的過早剝離而受限。在許多設計場景中，尤其是需要高應變水準或基材強度不足時，機械錨固系統成為延緩或防止剝離的必要手段，使CFRP能達到其極限抗拉強度。本文討論用於CFRP片材與板材的機械錨栓類型、作用原理，以及依據ACI 440.2R等公認設計準則進行應用之時機與方法指引。
機械錨栓解決的破壞模式
外部黏貼CFRP的主要破壞模式是剝離，可能發生於混凝土-環氧樹脂界面、混凝土保護層內，或CFRP-環氧樹脂界面。即使進行了適當的表面處理與黏著劑選擇，剝離仍會在高應力集中處（通常位於層板端部或撓曲裂縫處）引發。機械錨栓旨在透過提供額外的載重傳遞路徑或將CFRP夾緊於基材，來抑制這些剝離機制。若無錨固，設計規範通常將CFRP的有效應變限制在約0.5%–0.7%，而機械錨栓則可使應變接近材料的極限強度（通常>1.5%）。
CFRP機械錨栓的類型
FRP錐形錨栓（絲束錨栓）：由浸漬環氧樹脂的碳纖維絲束捆紮製成，插入預鑽孔中並在CFRP表面展開成扇形。錨栓透過孔內的黏結與機械互鎖，將載重從CFRP傳遞至混凝土。此類錨栓安裝簡便，適用於片材與板材，能為層板提供三維圍束。
帶錨固的FRP U型箍：對於剪力補強或撓曲端部錨固，可將繞斷面延伸的U型箍與嵌入式錨栓或水平條帶結合，以防止剝離。此類錨固適用於梁與柱，通常在端部搭配開槽錨固。
鋼板與螺栓：諸如以螺栓穿過CFRP鎖入混凝土的鋼板等機械緊固件，提供直接的力傳遞機制。常用於層板端部或臨界斷面，但需謹慎設計以避免壓碎CFRP，並適應熱效應。
開槽錨固（近表面安裝）：一種變體是將CFRP板材端部嵌入混凝土中預切並填充環氧樹脂的淺槽中。溝槽提供側向圍束與機械互鎖，顯著增加相較於單純表面黏結的發展長度。
設計考量與佈設
機械錨栓在佈設於CFRP層板端部以防止端部剝離，或於中間位置控制中間裂縫引發剝離時最為有效。錨栓的數量、間距與埋深須設計至能發展所需力量。對於錐形錨栓，其直徑（通常為6–12 mm的纖維束）與埋深（通常為50–75 mm）決定強度。鋼板應設計以避免CFRP的承壓破壞，並均勻分佈夾緊力。ACI 440.2R等準則提供基於混凝土強度與錨栓幾何形狀的設計公式，並應用部分安全係數。
佈設規則：錨栓應距離層板邊緣至少25 mm，以避免邊緣劈裂。對於多個錨栓，間距不得超過4倍錨栓直徑或6倍層板厚度。在撓曲補強中，端部錨栓常輔以靠近支座的剪力錨栓，以抵抗剝離應力。
安裝方法與品質控制
FRP錐形錨栓的安裝：(1) 在混凝土基材上鑽取指定直徑（約為錨栓直徑的1.5–2倍）的孔洞；徹底清潔孔洞。(2) 將碳纖維絲束浸漬環氧樹脂並插入至所需深度；使扇形部分延伸覆蓋CFRP表面（至少75 mm）。(3) 在扇形面上塗抹第二層環氧樹脂，確保完全浸潤。對於鋼板，需小心穿過CFRP鑽孔（避免損傷纖維），並將螺栓鎖至指定扭矩——通常使用軟墊片以保護複合材料。品質控制包括錨栓的拉拔測試（優先產生混凝土錐體破壞模式）以及環氧樹脂浸潤的外觀檢查。
規範符合性與設計建議
多數國際規範（如ACI 440.2R、fib Bulletin 14）承認機械錨固可作為提升CFRP在撓曲與剪力補強中有效應變的方法。然而，它們強調錨栓強度須透過試驗或已建立模型驗證。設計者應考慮強度折減係數（通常為0.50–0.75）以納入安裝變異性。使用錨栓時，CFRP的設計應變可提高至極限抗拉應變的70%–80%，但不得超過導致原構件混凝土壓碎或剪力破壞的應變。同時必須確保錨固系統與黏著系統相容，且CFRP本身能承受局部應力而不在錨固點發生過早斷裂。
結語
機械錨固是一項經實證的技術，能釋放CFRP補強系統的全部潛能，特別是在基材條件嚴峻或需高強度利用時。透過選擇適當的錨栓類型——片材用錐形錨栓、板材用鋼板、薄層板用開槽細部——並遵循正確的設計與安裝程序，工程師可顯著延緩剝離並提升結構性能。請隨時參考現行規範條文，如有疑慮，應進行代表性試驗以驗證特定應用中的錨栓強度。