楊晶

摘 要：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）由于其成本高的原因較早主要應(yīng)用于航空、航天、國防等高科技領(lǐng)域。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷成熟，F(xiàn)RP材料的生產(chǎn)成本也隨之降低，加之其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，近些年其作為一種新材料逐漸應(yīng)用到土木工程的各個(gè)領(lǐng)域中來。FRP材料在我國土木工程領(lǐng)域中主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)方面。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)體；復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)加固

1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料特點(diǎn)

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）就是將纖維作為增強(qiáng)體與傳統(tǒng)的工程材料復(fù)合應(yīng)用。在土木工程領(lǐng)域中常用的纖維主要是：玻璃纖維（GFRP）、碳纖維（CFRP）和芳綸纖維（AFRP）。與鋼材相比FRP材料可大大減輕結(jié)構(gòu)自重，而且，在某些工程有特殊需要時(shí)FRP由于具有較強(qiáng)耐腐蝕性，可取代或部分取代傳統(tǒng)的建筑材料，來滿足其特殊設(shè)計(jì)要求。此外，F(xiàn)RP材料的彈性性能好，如在外力作用下發(fā)生變形后仍然可以恢復(fù)成原來的形狀。這種特性使其非常適用于加固承受大的動(dòng)荷載或沖擊荷載情況下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。另外，F(xiàn)RP材料還具有很多傳統(tǒng)材料所不具有的優(yōu)勢和特點(diǎn)，例如，較好的絕緣性并能隔熱、抗電磁波而且熱膨脹系數(shù)小等。因此在工程中有很大的靈活性，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。

2 FRP結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)展

歐美一些發(fā)達(dá)國家在早20世紀(jì)80年代時(shí)就將FRP應(yīng)用在了土木工程的結(jié)構(gòu)加固方面，而國內(nèi)在這方面的應(yīng)用研究起步比較晚。但自從相關(guān)研究得到關(guān)注以來，國內(nèi)各知名高校的專家學(xué)者也一直致力于FRP加固技術(shù)、設(shè)計(jì)理論、工程實(shí)踐等方面的研究，并且也取得了一系列的創(chuàng)新成果。極大推進(jìn)了FRP材料在我國工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。同時(shí)，為了更好的進(jìn)行學(xué)者間的溝通交流、彼此提高技術(shù)水平，中國土木學(xué)會(huì)相關(guān)分會(huì)專門召開有關(guān)FRP應(yīng)用研究的學(xué)術(shù)交流會(huì)和主題會(huì)議，并且在FRP加固規(guī)范的制定方面我國已編制并頒發(fā)了相關(guān)技術(shù)規(guī)程和施工標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的使用對FRP的實(shí)際應(yīng)用起到了較好的規(guī)范和指導(dǎo)作用。

3 FRP加固技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

關(guān)于FRP對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固方面，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和相關(guān)工程實(shí)踐，并已形成了一系列較為成熟的設(shè)計(jì)理論。一些成果資料顯示，F(xiàn)RP片材應(yīng)用到混凝土的梁、板加固中時(shí)可以很好的改善其抗彎、抗剪承載力，并且對于裂縫的開展有明顯的控制效果；同時(shí)，在混凝土柱的加固過程中可使其的變形和滯回耗能能力得到明顯提高，并且可顯著改善混凝土柱的抗震性能。在不斷的研究和實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)了一些值得注意的問題，同時(shí)也對一些FRP加固新方法進(jìn)行了研究和嘗試。

3.1 在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常值得關(guān)注的問題，就是FRP與混凝土界面的粘結(jié)性能的問題。在工程實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，采用非預(yù)應(yīng)力抗彎加固時(shí)，F(xiàn)RP的有關(guān)性能得不到很好的利用。因此，破壞形態(tài)多為脆性破壞，因此在應(yīng)力水平很低的情況下FRP片材也很容易與混凝土發(fā)生剝離，導(dǎo)致FRP無法有效發(fā)揮其強(qiáng)度高的優(yōu)勢，對于加固的效果產(chǎn)生了很大的影響。國外也有學(xué)者對于這個(gè)問題做了相關(guān)研究并提出了界面粘結(jié)強(qiáng)度模型和相關(guān)公式。但我們?nèi)孕枰谶@個(gè)問題上做更多的研究和嘗試，找到更好的解決辦法，使FRP的性能得到最大的發(fā)揮并取得更好的加固效果。

3.2 預(yù)應(yīng)力FRP加固時(shí)的工作原理與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的原理相似，是用粘結(jié)材料將事先張拉好的FRP片材粘結(jié)到混凝土梁的受拉面上，使原混凝土結(jié)構(gòu)與粘貼的FRP片材一同工作。有關(guān)FRP 片材加固的試驗(yàn)結(jié)果表明采用預(yù)應(yīng)力碳纖維布（CFRP）時(shí)加固效果較好，因?yàn)樘祭w維布（CFRP）在加固過程中充分利用了FRP輕質(zhì)、高強(qiáng)的特點(diǎn)，并且結(jié)果顯示，從開裂荷載、屈服荷載、極限荷載的提高幅度來看采用預(yù)應(yīng)力加固的效果都要比非預(yù)應(yīng)力情況下加固效果好，而且預(yù)加應(yīng)力也緩解了碳纖維布（CFRP）的應(yīng)力滯后問題。

3.3 碳纖維布（CFRP）和外包鋼復(fù)合加固技術(shù)。為了充分發(fā)揮碳纖維布和鋼材這兩種材料各自不同的優(yōu)勢，有學(xué)者提出將碳纖維布（CFRP）和外包鋼同時(shí)用于混凝土柱的加固中，使其共同作用來改善結(jié)構(gòu)的抗彎性，且構(gòu)件的剛度衰減慢，其破壞性與單獨(dú)加固的構(gòu)件相比更有預(yù)測性，對構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)非常重要。復(fù)合加固可發(fā)揮材料各自的優(yōu)勢，使加固柱在極限應(yīng)變、延性和耗能能力方面都有較大改善。

3.4 采用混雜纖維布（HFRP）進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固?；祀s纖維布是將各種不同的纖維混合在一起，使它們同時(shí)作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料，這樣可以將不同纖維各自的優(yōu)點(diǎn)聚集在一起，共同發(fā)揮作用。關(guān)于采用混雜纖維布（HFRP）對構(gòu)件進(jìn)行加固的方法最早是由汕頭大學(xué)的熊光晶教授提出的，熊教授在這方面和他的學(xué)生們做了大量的試驗(yàn)研究。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，采用混雜纖維布（HFRP）加固混凝土梁，不僅可以使構(gòu)件的承載力和延性有所提高，還可明顯降低加固成本。因此，混雜纖維在FRP加固技術(shù)的應(yīng)用中有很好的發(fā)展前景。

3.5 將FRP嵌入式加固。這種方法是用粘結(jié)材料將FRP粘結(jié)在原構(gòu)件表面上事先留好的槽中，使FRP與原構(gòu)件形成一個(gè)共同工作的整體，以此來改善原結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能。這種方法與原來直接在結(jié)構(gòu)表面粘貼FRP的方法相比，嵌入式加固方法的FRP材料與原結(jié)構(gòu)的粘接性更好，這樣可以有效防止火災(zāi)對FRP材料的破壞，同時(shí)又充分利用了FRP材料的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)有效提高構(gòu)件承載力的目標(biāo)。尤其在構(gòu)件的負(fù)彎矩區(qū)加固具有極大的優(yōu)勢。這種嵌入式加固可以取得較好的加固效果，非常值得在相關(guān)應(yīng)用研究中做更多的工作使方法可以更好地得到應(yīng)用和推廣。

4 結(jié)語

綜上，憑借其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕等多種優(yōu)勢，F(xiàn)RP材料逐步在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域取得了一席之地，得到了廣泛關(guān)注和認(rèn)可，未來將通過更多的研究和探索爭取使FRP材料在結(jié)構(gòu)加固方面發(fā)揮更大的優(yōu)勢。然后，需要關(guān)注的是我們對FRP加固技術(shù)的研究雖然在理論和工程實(shí)踐中都取得了一些成果，但距工程實(shí)際還有更多的問題需要研究和解決。關(guān)于材料的生產(chǎn)工藝、成本的降低和新性能的開發(fā)，相關(guān)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的制訂等方面，都仍需要做大量的研究工作，努力加快工程實(shí)際應(yīng)用的總結(jié)，使研究成果盡早轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用。

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