FRP在工程結(jié)構(gòu)加固的應(yīng)用

時冬冬

摘 要：FRP憑借其良好性能，近年來已經(jīng)成為應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中的重用材料。FRP不僅被當(dāng)作補強材料普遍應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固中，更是作為一種新型建筑材料越來越廣泛地被應(yīng)用于各種新建工程結(jié)構(gòu)中。目前，F(xiàn)RP的應(yīng)用已經(jīng)成為工程界高度重視的研究話題。本文就FRP在工程結(jié)構(gòu)加固的應(yīng)用進行分析，旨在提高FRP的應(yīng)用價值提高可靠借鑒。

關(guān)鍵詞：FRP 工程應(yīng)用 結(jié)構(gòu)加固

中圖分類號：TU378 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（b）-0066-01

FRP是一種材料的統(tǒng)稱，其具體指的是纖維增強復(fù)合材料。增強體和基體共同構(gòu)成復(fù)合材料。按照增強體的相應(yīng)幾何形態(tài)可將復(fù)合材料分為4種，分別為疊層增強復(fù)合材料、薄片增強復(fù)合材料、顆粒增強復(fù)合材料、纖維增強復(fù)合材料[1]。存在于FRP中的基體種分別有金屬基體、樹脂基體、碳素基體、陶瓷基體等。存在于FRP中的纖維種類分別有碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、聚烯烴纖維、金屬纖維、玄武巖纖維等。FRP所具有的性能因其組分差別具有較大的差異性?，F(xiàn)階段，在工程結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用較為普遍的FRP材料為樹脂基體的碳纖維（CFRP）、玻璃纖維（GFRP）等。這些材料在力學(xué)性能參數(shù)中均具有較大的變化范圍，因此，在實際應(yīng)用過程中具有較好的靈活性和可塑性。

1 FRP材料在工程結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用優(yōu)勢分析

FRP在工程結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：（1）FRP的抗腐蝕性能較強，可正常應(yīng)用于堿、酸、潮濕的環(huán)境中。所以，在部分特殊工程中，其具有很好的應(yīng)用價值。（2）FRP具有很好的彈性性能。FRP具有接近線性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，當(dāng)形狀出現(xiàn)較大變化時可很好地恢復(fù)原狀，塑性發(fā)生較小的形變，適用于動載承受力及沖擊荷載較大的工程結(jié)構(gòu)。（3）FRP具有良好的設(shè)計性。FRP可通過各種纖維種類，對纖維含量、鋪襯方向、成型工藝等各種方法，設(shè)計出具有不同彈性及強度的FRP，更好地滿足各種類型工程結(jié)構(gòu)加固需求。（4）FRP具有隔熱、絕緣、不導(dǎo)磁、抗電磁波等諸多特點。

2 FRP在工程結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用分析

2.1 抗彎加固性能

應(yīng)用FRP復(fù)合材料貼在混凝土結(jié)構(gòu)的相應(yīng)受拉區(qū)，將工程結(jié)構(gòu)的承載力擴大，結(jié)構(gòu)中的裂縫也會得到一定程度的擴大。貼覆FRP復(fù)合材料后的混凝土結(jié)構(gòu)與經(jīng)過粘鋼加固處理過后的結(jié)構(gòu)、普通混凝土結(jié)構(gòu)等相比較，具有明顯的差異性。貼覆FRP復(fù)合材料后的混凝土結(jié)構(gòu)具有更加突出的牢固性。近年來，F(xiàn)RP復(fù)合材料加固混凝土梁已經(jīng)成為國內(nèi)外眾多研究者關(guān)注的熱門話題[2]。其研究的內(nèi)容主要集中在破壞力度、抗彎能力、承載能力等。FRP復(fù)合材料加固后的混凝土梁中存在的裂縫展開、截面變形等問題也成為研究內(nèi)容。目前，多數(shù)研究者還將研究的重點放在抗彎能力計算方法、滯后應(yīng)變跨中撓度計算公式中。

2.2 抗剪加固性能

在工程結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用FRP復(fù)合材料貼在混凝土梁上的受剪區(qū)后，該區(qū)域的抗剪性能會得到一定程度的增強。工程施工建設(shè)中，主要應(yīng)用的結(jié)構(gòu)加固方法主要有3種，分別為U型粘貼、側(cè)面粘貼、包裹粘貼。在這3種方法中，包裹粘貼最為實用和經(jīng)濟。FRP抗剪加固性能主要受混凝土強度、梁的配箍率、梁的剪跨比、FRP配筋率等多種因素的影響。此外，F(xiàn)RP應(yīng)用過程中的具體粘貼方式與錨固性能、FRP及黏結(jié)膠自身材料的具體性能有著密切的聯(lián)系。目前，國內(nèi)外工程建設(shè)研究者的研究內(nèi)容重點放在承載力、破壞機制的計算上。

2.3 抗震加固性能

在工程建設(shè)中，想要增強工程結(jié)構(gòu)的抗震能力，必須要增強混凝土極限壓應(yīng)變，提高構(gòu)件延性，這就需要依靠外包FRP約束塑性鉸區(qū)。FRP對混凝土結(jié)構(gòu)的滯回耗能性能、延性特征產(chǎn)生的約束力主要是通過其側(cè)向約束強度及模量兩個性能產(chǎn)生作用。將FRP橫向附加約束加入到新型鋼管混凝土柱中，可有效將工程結(jié)構(gòu)的抗震能力提高。使用FRP外包混凝土柱來實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)抗震加固性能的提高是一種效果好且經(jīng)濟實用的方法。

2.4 抗疲勞加固性能

在FRP復(fù)合材料加固構(gòu)件中，剪切及彎曲疲勞時其重要組成部分。根據(jù)荷載的形式對其進行標準劃分，可將其具體分為常副、變幅荷載兩種。FRP片材加固構(gòu)件的疲勞程度主要受3個因素影響，具體為FRP加固部分的疲勞斷裂程度、原有混凝土結(jié)構(gòu)的抗疲勞程度、混凝土界面與FRP材料的抗疲勞破壞能力。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等加固及復(fù)雜環(huán)境中下部結(jié)構(gòu)加固

對鋼結(jié)構(gòu)進行加固的最佳方法為外粘FRP板或者布，通過FRP外粘的方式來實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)抗疲勞性能的提高，可有效防止在加固的操作過程中出現(xiàn)多余的應(yīng)力[3]。同時，F(xiàn)RP也可有效應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等的加固。在各種工程建設(shè)過程中，工程底部結(jié)構(gòu)極易受各種環(huán)境影響，其結(jié)構(gòu)性能及抗力均出現(xiàn)不同程度的劣化或者衰減。應(yīng)用FRP憑借其各種性能及諸多優(yōu)勢，可有效解決復(fù)雜環(huán)境下工程結(jié)構(gòu)的加固問題。工程應(yīng)用實踐已經(jīng)證明，F(xiàn)RP可成功應(yīng)用于水下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的加固。此外，F(xiàn)RP還可應(yīng)用于管道、隧道、塔桅結(jié)構(gòu)、橋梁、煙囪結(jié)構(gòu)等的加固，其在工程建設(shè)中的應(yīng)用范圍極為廣泛，且均具有較好的應(yīng)用效果。

3 FRP復(fù)合材料加固技術(shù)發(fā)展分析

在工程建設(shè)中，F(xiàn)RP復(fù)合材料具有巨大的發(fā)展和應(yīng)用空間。在對FRP復(fù)合材料進行研究和應(yīng)用的過程中個，需高度重視以下兩個方面內(nèi)容：（1）在使用品種較為單一的FRP復(fù)合材料前提下，應(yīng)加強對具有不同性能的FRP復(fù)合材料進行研究和開發(fā)，并將其混合應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)加固中。在混合材料的應(yīng)用過程中，需嚴密觀察期性能及特性的變化情況。通過深入研究，推動FRP復(fù)合材料的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，并應(yīng)用相應(yīng)的措施對其缺陷進行克服或彌補。只有這樣，才能使該種材料的應(yīng)用更加符合現(xiàn)代工程建設(shè)的結(jié)構(gòu)加固要求，滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需求。（2）FRP復(fù)合材料的最突出優(yōu)點為高強高性能。所以，要在工程結(jié)構(gòu)的加固中充分應(yīng)用有力措施。通過預(yù)應(yīng)力對FRP在工程施工過程中的實際應(yīng)用研究更為深入，應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計具有更大的靈活性，促進其更好地滿足工程結(jié)構(gòu)加固補強要求。

4 結(jié)語

FRP在工程建設(shè)中的應(yīng)用可有效促進現(xiàn)代土木工程建設(shè)技術(shù)發(fā)展和工程質(zhì)量的提高。因此，現(xiàn)階段FRP的研發(fā)及在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用已經(jīng)成為國內(nèi)外土木工程界及復(fù)合材料界進行深入研究和開發(fā)的熱點。FRP具有越來越廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。在我國，F(xiàn)RP加固混凝土結(jié)構(gòu)起步較晚，但發(fā)展速度較快。為了促進我國工程建設(shè)中加固技術(shù)的發(fā)展，必須堅持不懈地加強對FRP的結(jié)構(gòu)加固進行深入研究和開發(fā)，推動我國工程建設(shè)效率及質(zhì)量的提高。

參考文獻

[1] 馬建鋒，李波，叢紹運.淺談FRP在土木工程領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究），2011，3（3）：38-39.

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[3] 陳超.FRP在土木工程中應(yīng)用的新進展[J].黑龍江科技信息，2012，11（5）：615-616.endprint