土建結構的力學特征及加固技術的應用分析

鮑慧茹

摘 要：考慮到復合材料在土建工程中應用，可以提升結構的牢固性，并使結構的整體重量縮減，所以在土建工程中復合材料得到較廣泛的應用。但為保證復合材料應用的有效性，必須保證復合材料加固技術的應用與土建結構自身的力學特征相符合，在此背景下，文章針對土建結構的力學特征以及加固技術展開研究，為土建結構更加合理的應用復合材料提升穩固性和韌性提供借鑒。

關鍵詞：土建結構；力學特征；加固技術

前言

隨著建筑規模的不斷擴大和建筑結構復雜性的不斷提升，建筑材料得到不斷的優化，具有質量輕、外形美觀、耐腐蝕性強等特征的FRP材料就是為滿足建筑需要人們研發的新型材料，利用其建設的土建結構不僅基礎承載力和結構重量均明顯的縮減，而且整體的結構使用壽命明顯的增加，為對采用FRP材料的土建結構產生更全面的認識，作者針對其力學特征和加固技術展開研究。

1 土建結構的力學特征分析

土建結構按照設計使用年限是5年、25年、50年和100年劃分成不同類型的結構件，并按照安全等級和破壞后果將建筑物劃分成三種類型，在一、二、三安全等級下延性破壞的結構構件承載能力極限狀態可靠指標分別為3.7、3.2和2.7；在一、二、三安全等級下脆性破壞的結構構件承載能力極限狀態可靠指標分別為4.2、3.7和3.2，可見要保證土建結構的安全性和穩定性等，必須保證其整體的力學特征中，結構構建的承載能力極限可以滿足實際需要，這就需要對土建結構的力學特征進行分析[1]。

考慮到土建結構的加固構件的總體抗剪能力可以利用素混凝土的抗剪能力、鋼筋的抗剪能力和FRP材料的抗剪能力的和計算獲取，而FRP材料的抗剪強度要通過計算獲取，其中k代表加固有效系數；Af代表總截面的面積；ffud代表設計抗拉強度；Sf代表平均間隔；af代表材料和構建軸向夾角；rb代表混凝土材料系數[2]。結合FRP材料的相關特性可以發現，以其為主要材質形成的面板用于土建結構可以極大的提升土建結構的橫向承載力，而且面板的破壞性和荷載力之間可以表現出較顯著的正相關性。另外，FRP材料中荷載和擾度的關系曲線在荷載增加的過程中會逐漸由線彈性轉變為非線性，這在一定程度上說明，在土建工程中應用FRP材料替代傳統的鋼筋結構，對提升器耐腐蝕性具有積極的作用。

另外，建筑結構在使用的過程中會產生彎曲疲勞或剪切疲勞，而且在常幅載荷和變幅載荷的作用下均可能出現，甚至在環境的作用下會出現腐蝕疲勞或溫度疲勞，這對建筑結構整體的穩定性和安全性會產生嚴重的影響，所以掌握加固構建的疲勞性能至關重要。在大量研究的過程中，人們逐漸發現，預應力FRP在加固RC構件會使其疲勞壽命和疲勞極限明顯的提升，但并不能滿足實際提升可靠性的需要，要進一步提升建筑結構的抗疲勞性，需要針對具體的建筑結構特征進行針對性的優化[3]。這就需要在實際判斷結構力學特征的過程中，先確定符合實際情況的載荷譜，并結合具體的載荷譜數據進行進一步的優化。

除上述需要考慮的力學特征外，界面的力學性能、加固構件的耐久性等也是需要考慮的方面，文章不進行進一步的分析。

2 土建結構的加固技術分析

土建結構在使用的過程中，受人為或自然等因素的影響，結構變形的可能性較大，使其安全性和穩固性等方面受到較嚴重的影響，例如，橋梁土建結構在橋梁噸位提升的同時，會因荷載力的增加而發生變形，所以在土建結構使用的過程中，要結合實際需要對其進行有效的加固處理。在過去較長一段時間內人們對土建結構進行加固，主要以鋼材料作為加固的主要材質，而選擇的加固技術主要以置換法、繞絲法等為主，但隨著FRP材料的出現，人們在發現其相比鋼材料存在的優勢后，逐漸用其取代鋼材料進行土建結構的加固處理。表1反應了FRP材料與鋼結構材料的性能差異[4]。在應用FRP材料對土建結構進行加固的過程中，主要通過兩種粘貼技術實現，一種是被動加固技術，即在土建結構需要加固補強結構的外表面直接以粘貼的方式固定FRP材料，在此種加固技術應用的過程中，如果土建結構的加固構件的載荷并未增加，則FRP材料并不受力。另一種加固方法是主動加固法，此方法也被成為預應力加固技術，就是通過直接或間接的方式將FRP材料粘貼在需要解雇的土建結構的適當位置，但要保證土建結構加固構建在荷載增加前，加固的FRP材料就先幫助加固構件承受一定的力。在后種加固技術應用的過程中，對纖維材料所具有的高強度優勢進行了較好的應用，可以有效的降低混凝土結構出現裂縫或斷裂等質量問題的概率，而且對優化加固件自身的耐久性和疲勞性也具有積極的作用。需要注意的是，在應用FRP材料加固技術的過程中，如果加固條件是一定的，被加固構建的極限承載能力也可以被視為固定不變的，此時要結合FRP材料所具有的力學特征，完成具體的加固操作。例如，在加固構件的表面已經出現了界面裂縫的前提下，加固構件的抗彎強度通常會縮減，縮減系數要在0.9左右，此時利用FRP材料加固技術就需要先計算出FRP材料在此時具體的抗彎強度。

3 結束語

通過上述分析可以發現，現階段人們已經認識到，FRP材料在建筑結構中應用，對提升建筑結構的穩固性以及整體的耐久性等方面的重要作用，并在實踐中有意識的通過對土建結構力學特征和加固技術進行探究，不斷優化FRP材料的應用措施，這是現代建筑水平不斷優化提升的體現，應針對性的不斷完善和推廣。

參考文獻

[1]邢萬寶.復合材料-土建結構的力學特性與加固技術探究[J].中國新技術新產品，2012，16：81.

[2]馬玉峰.關于復合材料-土建結構的力學特性與加固技術探究[J].硅谷，2013，04：71+16.

[3]黃培彥，張術寬，鄭順潮，等.FRP片材在土建修復加固工程中應用的力學問題[J].固體力學學報，2010，05：440-450.

[4]王詩語.土建結構的力學特征及加固技術研究[J].門窗，2016，09：220.