余周輝，胡芳友，崔愛永，何西常，趙培仲

（1.海軍航空工程學院 青島校區(qū) 航空機械系，山東 青島 266041；2.陸軍工程大學，江蘇 徐州 221004）

金屬結構在服役過程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于自然環(huán)境腐蝕、外部交變載荷或人為因素的破壞而引發(fā)的各種損傷。若不對這些損傷部位進行及時的修復，就會降低金屬結構的使用性能，同時對結構的安全留下隱患，容易引發(fā)嚴重的工程事故。傳統(tǒng)的金屬結構方法包括鉚接、螺接或焊接修復等，雖然在一定程度上可以恢復原結構的承載能力，但這些修復方法又給修復結構帶來新的問題[1-2]。如采用鉚接或螺接的修復方法，需要在損傷部位進行開孔、銼銑等工藝，不僅工藝復雜，效率低，還會削弱原結構的受力界面，形成新的應力集中[3-4]。采用焊接時產(chǎn)生的高溫作用容易造成焊接部位組織劣化、韌性下降，抵抗脆性斷裂的能力變差且焊后結構內部留有殘余應力。纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymers, 簡稱FRP）的出現(xiàn)為修復金屬損傷結構提供了全新的研究方向，F(xiàn)RP加固修復損傷金屬結構技術應運而生。該技術利用膠粘劑將 FRP粘貼在損傷金屬表面，通過一定的固化方式將損傷金屬與 FRP粘結成整體，在外部載荷作用下，通過膠層的傳遞作用使部分載荷傳遞到FRP，降低金屬結構損傷部位的應力集中，制止或緩解損傷處裂紋擴展速率，恢復或提高金屬結構的承載能力。與傳統(tǒng)的金屬結構修復技術相比，F(xiàn)RP修復金屬結構具有以下明顯優(yōu)勢[5-8]。

1）FRP采用直接粘貼的形式修復損傷結構，因而對原結構損傷小，基本不破壞原結構的整體性，不會形成新的應力集中，對母材無二次損傷。

2）FRP材料具有密度低、比強度和比剛度高、抗疲勞性能好等特點。在達到同等修復效果情況下，F(xiàn)RP修復結構幾乎不增加原結構質量。

3）FRP具有優(yōu)異的抗酸、堿、鹽等腐蝕能力。在保證有效粘貼的情況下，F(xiàn)RP對損傷區(qū)域形成封閉結構，對腐蝕環(huán)境起到很好的隔離保護作用。

4）FRP可設計性強，因而對于不同的損傷可通過改變修復工藝來提高結構的修復效果，豐富了修復手段。

5）FRP具有操作簡單和可成形性強等特點，通常 FRP為柔性，采用手糊粘貼的方式就可以修復復雜曲面結構，這對于傳統(tǒng)的焊接工藝具有明顯優(yōu)勢。

目前，F(xiàn)RP加固金屬結構按加固形式可分為兩類：FRP加固無損傷結構，該類結構表面無明顯損傷，但在服役過程中出現(xiàn)承載力無法滿足使用要求的情況；FRP加固損傷金屬結構，該類結構局部表面帶有明顯損傷，如表面劃痕、腐蝕凹坑、裂紋等，其承載力已明顯不足。通過在損傷構件表面粘貼 FRP可恢復或提高損傷結構的拉伸性能[9]、彎曲性能[10]、受壓性能[11]或疲勞性能[12]等。FRP加固金屬結構研究的內容主要包括以下幾方面研究： FRP加固金屬結構設計研究、FRP加固金屬結構界面性能研究、FRP加固金屬結構粘結工藝研究、FRP加固金屬結構耐久性能等。文中將從以上幾個方面回顧 FRP加固金屬結構的研究。

1 FRP加固金屬結構設計研究

FRP加固結構設計的研究對 FRP更廣泛的應用具有很強的指導意義，是FRP加固應用的基礎。FRP修復金屬結構最先應用于航空領域的金屬薄壁結構，修復的方式是將 FRP粘貼于損傷處以恢復或提高結構的承載能力，加固方式較為簡單。這一類加固方式也是目前研究和應用最為廣泛的。應用范圍包括：軸向拉伸構件表面粘貼 FRP提高拉伸性能[13-14]；受彎構件表面粘貼 FRP恢復構件剛度和承載能力[15-16]；軸心受壓構件表面粘貼 FRP提高構件抗壓極限承載力和受壓穩(wěn)定性[17-18]；金屬管外表面包裹粘貼 FRP提高結構的穩(wěn)定性[19-20]等，這類試樣加固形式如圖1所示。

隨著研究的深入，F(xiàn)RP加固形式也呈多樣式發(fā)展。沙吾列提·拜開依等[11]采用 GFRP套管包裹加固

角鋼構件，對比研究了未加固試樣、僅GFRP套管加固和GFRP套管加固同時在GFRP套管與角鋼間填充竹篾三種類型試樣的抗壓性能，如圖2所示。

研究結果表明，GFRP套管加固后，試樣破壞形態(tài)由一階彎曲失穩(wěn)破壞向構件端部局部變形破壞轉變，僅GFRP套管加固對承載力影響不大，GFRP填充加固可大幅提高構件的承載能力，最大提高 2.86倍。Teng等[21-22]利用FRP與混凝土和鋼材相互組合，設計了一種FRP-混凝土-鋼雙臂空心構件取代現(xiàn)有的鋼筋混凝土結構。與原鋼筋混凝土比較，新型構件具有自重輕、施工方便、耐腐性強、抗壓強度高、抗震性能好等優(yōu)點。盡管初始造價要略高于鋼筋混凝土結構，但從長遠利益來看，具有很好的發(fā)展前景。在此基礎上上，張磊等[23]研究了一種快速 FRP加固鋼結構的新技術，可在幾小時內完成對損傷結構的修復和養(yǎng)護。筆者首先利用已經(jīng)完成的 FRP預浸板和薄膜膠，然后在損傷位置粘貼 FRP并同時抽真空加溫養(yǎng)護。通過雙蓋板搭接節(jié)點的拉伸試驗，測量了 FRP與鋼板界面的粘結性能，研究了該種方法加固的抗彎性能。結果表明，采用該技術經(jīng)過80 ℃/4 h養(yǎng)護，F(xiàn)RP與鋼板間粘結性能良好。同時，研究結果發(fā)現(xiàn)，采用高模量CFRP加固鋼梁結構對提高鋼梁結構的極限承載力并不一定有益，采用較低模量GFRP與高模量CFRP交替作用效果更為明顯。

FRP預應力加固或預應力和錨固組合加固是在無預應力加固的基礎上發(fā)展起來的一種新型修復技術，其目的是增大FRP的拉應變，減小或消除FRP應變滯后現(xiàn)象，避免 FRP過早的產(chǎn)生剝離破壞，提高 FRP的使用效率。該技術首先利用輔助設備張拉FRP到一定值后再粘貼到加固結構表面或利用輔助設備對加固結構產(chǎn)生一個受力狀態(tài)相反的變形后再粘貼FRP，從而達到抵消部分初始載荷的作用。吳濤[24]的研究結果表明，與無預應力加固鋼梁相比，預應力加固鋼梁結構的剛度、屈服載荷和極限載荷都有更為明顯的提高，其提高幅度隨 CFRP用量和預應力水平的提高而提高。彭福明等[25]利用有限元軟件對比分析了CFRP有無預應力加固修復金屬管線的修復效果。研究結果表明：與損傷金屬管線相比，CFRP無預應力加固后鋼管的環(huán)向應力下降 14.8%，采用預應力加固鋼管的環(huán)向應力下降 47.6%。這表明相同加固材料下，采用預應力加固可大幅提高加固效果，經(jīng)濟效果顯著。

黃麗華等[26]對比了鋼筋混凝土梁端部局部 U型錨固和全梁 U型錨固兩種布置方式對加固效果的影響。結果表明，全梁U型錨固鋼筋混凝土開裂載荷、屈服載荷和極限載荷都低于端部局部 U型錨固，全梁 U型錨固的加固方式不但造成經(jīng)濟的浪費，而且使得結構的整體協(xié)調性能下降。劉君等[27]研究了 U形纖維布加預應力加固對鋼筋混凝土梁性能的影響，證明了施工工藝的可行性。研究結果表明，預應力加固大幅提高了 FRP的強度使用效率，最大可達96.1%，破壞形態(tài)由剝離破壞向FRP拉斷破壞轉變。當抗剪FRP的預應力值超過244.84 MPa時，修復結構長期預應力損失約為15%。

2 FRP加固金屬結構界面性能研究

FRP加固金屬結構，部分載荷是通過膠層的剪切變形傳遞到FRP補片，因而FRP與金屬界面的有效粘結是保證有效修復的前提?，F(xiàn)有的研究表明，F(xiàn)RP粘結修復金屬結構常見的破壞形式主要有：膠層與金屬界面剝離破壞、膠層與 FRP界面剝離破壞、膠層內聚破壞、FRP內部分層破壞、FRP斷裂破壞。按目前有機樹脂性能而言，樹脂與纖維間浸潤性較好，很少出現(xiàn)第四種破壞。由于纖維材料具有高強度、高模量的特點，也較少出現(xiàn)第一種破壞。前三種是實際工程中最常出現(xiàn)的三種界面剪切破壞，因而纖維布-金屬構件間的界面性能也成為一個主要研究熱點。國內外也進行了大量的纖維布-金屬構件界面粘接性能試驗，取得了較為豐富的研究成果。影響 FRP-金屬界面粘結性能的因素很多，包括纖維布和樹脂種類、補片粘結長度、補片粘結寬度、補片層數(shù)、金屬與FRP表面處理工藝、粘結工藝以及固化工藝等，且各因素之間存在相互耦合，因而問題較為復雜。研究方法包括試驗研究和理論研究兩方面，所用試驗研究方法主要有剪切粘結強度試驗、正拉粘結強度試驗和簡支梁試驗等[28-29]，如圖3所示。

馬建勛[30]等采用單剪試驗方法研究了碳纖維布-鋼構件的抗剪粘結性能，分析了碳纖維布的粘結長度、寬度比、層數(shù)以及粘結工藝等參數(shù)對復合構件粘結性能的影響，并對碳纖維布-鋼構件截面應力分布進行了分析。試驗過程發(fā)現(xiàn)，碳纖維布與鋼構件的粘結強度隨粘結長度增加呈非線性增加，從應力分析來看，纖維布存在“有效粘結長度”，超過一定長度后應力梯度基本不再變化，未起到傳遞載荷作用。纖維布粘結寬度與帶加固鋼板寬度比對粘結應力有一定影響，但效果要比粘結長度小得多。相比較而言，碳纖維層數(shù)對粘結強度影響較大，粘貼兩層碳纖維布比粘貼一層碳纖維布粘結強度提高 76.9%～104.3%。由于各影響因素并非獨立存在，兩兩之間相互耦合。筆者通過理論分析采用應力集中系數(shù)η綜合考慮各因素對加固效果的影響，表達式為：

式中：λ為膠層最大剪應力；E1，E2分別為FRP和鋼結構的彈性模量；t1，t2分別為FRP和鋼結構厚度。按照盡量降低界面應力集中系數(shù)的原則，文獻給出了工程應用中應盡量選取高模量的 FRP和低剪切模量的膠粘結，同時適量增加 FRP和膠層的厚度等非常具有指導意義的建設意見。

楊勇新[31]等通過CFRP與鋼板的拉伸剪切試驗，研究了粘結劑種類、CFRP層數(shù)、粘結寬度、鋼板材質、鋼板厚度及養(yǎng)護溫度等因素對界面粘結性能的影響，對探討了不同因素對試樣破壞過程、破壞形態(tài)、粘結界面應力分布特點和CFRP應變分布的影響。結果表明，鋼板的材質和鋼板厚度對有效粘結長度和極限承載力基本沒有影響。在其他條件一致的情況下，選擇不同的粘結劑，試樣的有效粘結長度與極限載荷有明顯不同。增加CFRP的粘結寬度，有效粘結長度也基本未發(fā)生變化，但極限載荷有明顯提高。增加CFRP的粘結層數(shù)，試驗破壞形態(tài)由CFRP于鋼板界面剝離破壞向CFRP層間破壞轉變，有效粘結長度和極限承載能力都有增大趨勢。

彭福明[32]等采用有限元軟件分析了鋼板的性能、FRP材料的性能、粘結劑的性能、FRP厚度、粘結劑厚度、溫度等參數(shù)對粘結界面應力的影響，根據(jù)分析結果給出了幾種改善界面應力傳遞的措施。分析結構表明，增加 FRP與鋼板剛度比，F(xiàn)RP端部剪應力與剝離應力增加，減小 FRP與鋼板剛度比，F(xiàn)RP端部剪應力與剝離應力減小。選擇剪切模量更大的粘結劑，界面剪應力和剝離應力增加而應力分布長度減小。增加粘結劑的厚度，界面剪應力和剝離應力減小，應力分布長度增加。當 FRP端部界面應力較大時，容易引起粘結界面的剝離破壞，因而在工程實際中可采用一定的措施降低端部界面的應力集中。筆者建議采用FRP端部錨固、FRP端部溢膠、FRP端部45 ℃倒角等措施在一定程度上可以降低 FRP端部界面應力集中。

文獻[33-34]基于斷裂力學法對 FRP加固鋼結構界面進行了理論研究。斷裂力學法通過比較裂紋擴展過程的能量釋放率G和裂紋擴展所需臨界能量釋放率Gcr的大小，確定膠層裂紋是否穩(wěn)定。臨界能量釋放率Gcr通過材料試驗獲得，能量釋放率G通過分析方法或有限元計算獲得，簡化的能量釋放率G表達式為：

式中：bf表示FRP寬度；Δb表示膠層粘結界面裂紋擴展長度；U(b)為膠層裂紋長度為b時的總應變能；U(b+Δb)為膠層界面裂紋長度為b+Δb時的總應變能。當b足夠小時，通過計算膠層界面裂紋長度從b到b+Δb的總應變能即可得到能量釋放率。研究結果表明，增加 FRP的長度可以降低能量釋放率，緩解膠層裂紋擴展。增大 FRP的彈性模量和厚度，加固效果越好，但膠層界面能量釋放率也逐漸增加，容易達到臨界能量釋放率引發(fā)膠層界面裂紋擴展，粘結界面變得不穩(wěn)定。因而，F(xiàn)RP的彈性模量和厚度也并非越大越好。

3 FRP加固金屬結構粘結工藝研究

國內外對 FRP加固結構的粘結工藝研究較多，按研究的內容可以分為：FRP材料的性能、尺寸、厚度、膠層的屬性及待加固材料自身性能對加固效果的影響[35-38]；金屬和 FRP表面處理工藝對加固效果的影響[39-46]；粘貼方式對加固效果的影響[47-50]。

3.1 工藝參數(shù)

楊勇新等[35]通過 FRP加固未損傷鋼板和損傷鋼板的靜力拉伸試驗，探討了不同纖維布及不同粘結工藝對修復效果的影響，測量了碳纖維的應力分布，并對不同破壞形態(tài)進行了分析。試驗結果表明，損傷鋼板加固后的屈服載荷得到明顯提高，極限載荷提升較小，而未損傷加固試樣的屈服載荷和極限載荷變化均不明顯。相同載荷下，高模量碳纖維布加固的試件粘結應力較高，F(xiàn)RP與鋼板之間的粘結應力主要集中在端部區(qū)域。當采用 FRP端部無錨固時，鋼板發(fā)生屈服后碳纖維布很快發(fā)生剝離破壞，此時碳纖維布利用率較低。當采用 FRP端部壓條錨固或纏繞錨固時，碳纖維布剝離破壞延后，修復構件屈服載荷得到更為明顯的提高。此外，對于采用端部錨固的未損傷試樣，未粘結區(qū)域鋼板拉斷時碳纖維布仍未發(fā)生剝離。

Tavakkolizadeh等[36]通過四點彎曲試驗，探討了CFRP加固完好鋼-梁結構及損傷結構的加固效果，研究了CFRP粘貼層數(shù)、預損傷等級等因素對CFRP加固修復鋼-梁混凝土結構加固效果的影響。多層粘貼時采用逐層內收的方式，三層粘貼時補片長度分別為3.95，3.65，3.35 cm，五層粘貼時補片長度分別為3.95，3.80，3.65，3.50，3.35 cm。與未加固梁相比，加固完好鋼-梁結構粘貼一層、三層、五層 CFRP的加固結構極限承載力分別提高44%，51%和76%，破壞形態(tài)也由一層混凝土壓碎破壞向三層補片剝離破壞和五層腹板破壞轉變。當分別采用一層、三層和五層加固預損傷等級為 25%，50%和 100%的損傷結構時，修復結構的彈性模量分別提高 91%，102%和 86%，承載能力分別提高20%，80%和10%，表明當損傷等級較大時，加固效果明顯下降。

馬建勛等[37]對粘貼不同面積 CFRP加固的鋼板進行了單軸拉伸試驗，研究了CFRP粘結面積對修復結構承載力和延性的影響，并對CFRP與鋼板之間協(xié)調變形、破壞機理進行了分析。實驗結果表明，與未粘貼碳纖維布的試件相比，粘貼碳纖維布試件的屈服載荷和極限載荷都有較大提高，其提高幅度隨粘結面積增加而增大。修復試樣的破壞模式是補片發(fā)生剝離破壞，未能充分發(fā)揮補片的作用，因而良好的粘結工藝和膠的粘結強度是保證有效修復的前提。

Sean C等[38]進行了8個含中心裂紋和21個邊裂紋CFRP加固鋼板的疲勞試驗，分析了CFRP類型、長度、寬度粘貼方式等因素對加固效果的影響。結果表明，采用高模量的CFRP具有更好的加固效果，F(xiàn)RP雙面加固剩余疲勞壽命提高幅度大于單面加固。

3.2 表面處理工藝

表面處理工藝（包括待加固金屬表面處理和FRP表面處理）的選擇對界面性能有重要影響，是 FRP修復金屬結構的關鍵步驟之一。常見的金屬表面處理工藝主要包括機械處理、化學處理和電化學處理。纖維表面處理主要包括氧化處理、表面涂層處理、等離子處理、化學接枝等。

趙培仲等[39]通過 GFRP修復損傷鋁板的拉伸試驗，研究了外場環(huán)境下采用丙酮清洗、砂紙打磨、噴砂、酸洗等多種工藝處理待修復鋁合金表面對修復效果的影響。結果表明，不同的表面處理工藝對修復效果有很大影響。簡單的溶劑清洗修復效果較差，酸洗容易對原結構造成額外損傷，采用砂紙打磨或噴砂+溶液清洗可達到較好的修復效果。蔡洪能等[40]采用CFRP加固張開型裂紋鋼結構，比較了10%鉻酸腐蝕、80#砂紙打磨、5%硝酸腐蝕、隨機打洋眼+5%硝酸腐蝕和 100#金剛砂噴砂等不同鋼結構表面處理對 FRP-鋼粘結接頭剪切強度的影響，對比了加固前后裂紋擴展和疲勞壽命。試驗結果表明，采用隨機打洋眼+5%硝酸腐蝕和 100#金剛砂噴砂處理可獲得較好的粘結性能，加固結構裂紋擴展速率得到抑制，疲勞循環(huán)次數(shù)得到明顯提高。Liu J和Zhang Jinsheng等[41-42]研究結果也表明，表面處理工藝對加固結構的初始加固效果和耐久性能都有重要影響。

許小芳等[43]采用硅烷偶聯(lián)劑 KH550，KH560，KH570對玄武巖纖維進行表面處理，研究了不同表面處理對玄武巖纖維增強復合材料界面粘結性能的影響。結果表明，纖維表面的偶聯(lián)劑與樹脂形成化學鍵合或IDIPN，F(xiàn)RP界面粘結性能和耐水性能都得到不同程度的提高。Yuan等[44]采用浸漬法研究了硅烷偶聯(lián)劑處理對鋁合金氧化膜性能的影響。結果表明，偶聯(lián)劑溶液浸泡5 s所得氧化膜的強度與鉻酸鹽溶液處理30 min效果相當，具有廣闊的發(fā)展前景。

易增博等[45]研究了去離子水超聲、濃硝酸浸泡、濃硝酸超聲等表面處理工藝對CFRP結構和力學性能的影響。結果表明，表面處理增強了碳纖維與樹脂界面間的機械和化學作用，界面粘結強度和抗拉強度得到明顯提高。Peng等[46]采用等離子和超聲技術對CFRP進行表面處理。結果表明，等離子和超聲處理使得聚合物的分布更加均勻，提高了聚合物對纖維的浸潤性，界面缺陷減少，CFRP的性能得到大幅提升。

3.3 粘貼方式

FRP加固方式主要可以分為外貼法和嵌入式貼法兩種，每種方法具體又可分為好幾種，同一損傷試樣，采用不同的粘貼方式對加固效果有很大影響。與外貼法相比，嵌入式貼法與修復結構整體性更強，有效克服了由于補片粘結失效引起的剝離破壞，F(xiàn)RP利用率明顯提高。目前，外貼法在混凝土和金屬結構加固領域都有應用，嵌入式貼法還主要應用于混凝土結構，金屬結構加固研究還很少。王海濤等[47]研究了以等剛度為原則，采用 FRP平鋪和疊加兩種外貼加固方式對含中心裂紋和單邊裂紋鋼板的應力強度因子和裂紋擴展壽命的影響。結果表明，同一加固方式下，F(xiàn)RP厚度與裂紋初始長度對加固鋼板的裂紋擴展壽命有較大影響。對于含中心裂紋鋼結構，當 FRP厚度較小時，疊加方式的加固效果優(yōu)于平鋪方式；反之當 FRP厚度較大時，平鋪方式的加固效果優(yōu)于疊加方式。對于含單邊裂紋結構，疊加加固方式的裂紋擴展壽命要遠高于平鋪方式。因而在實際工程中，應根據(jù)損傷類型選擇相對應的加固方式。

Blaschko等[48]對比了采用碳纖維布外貼加固和嵌入式加固的雙剪試驗。結果表明，嵌入式加固的粘結強度要明顯高于外貼加固。Tarek等[49]的研究結果也表明，采用嵌入式加固，纖維布與待加固結構的有效粘結面積增加，纖維布的利用率得到有效提高。當其他條件一致時，CFRP嵌入式的加固效率是外貼加固的3倍，嵌入式加固試樣的性能明顯高于外貼加固試樣。曾憲桃等[50]通過CFRP加固鋼筋混凝土的彎曲試驗，分析了內嵌加固對加固結構破壞形態(tài)、開裂彎矩、極限載荷的影響，并對比了內嵌加固與外貼加固對修復結構的區(qū)別。結果表明，與外貼加固相比，內嵌加固具有更好的加固效果，極限載荷提高 15.5%～22.7%。

4 FRP加固金屬結構耐久性能

大多數(shù)FRP修復結構在使用過程中都暴露在各種環(huán)境下，不同的環(huán)境會對修復結構的耐久性產(chǎn)生明顯的影響。20世紀80年代，國外學者已展開FRP加固結構的耐久性研究，國內起步較晚，研究的內容包括樹脂和FRP等加固材料的耐久性[51]、FRP與待修復結構粘結界面的耐久性[52]、FRP修復結構的耐久性[53]。

任慧韜等[51]采用人工加速老化試驗方法，通過對比老化前后的拉伸試驗，研究了采用膠粘劑 A和 B浸漬的GFRP和CFRP在凍融環(huán)境、堿性環(huán)境、濕熱環(huán)境、浸水環(huán)境下其性能的變化。研究結果發(fā)現(xiàn)，粘結劑在人工加速老化（試驗箱溫度45 ℃，相對濕度70%，降雨周期20～120 min，氙燈功率6 kW）1000 h后，膠粘劑拉伸性能未出現(xiàn)明顯退化，壓縮性能和彎曲性能均有一定下降。23 ℃環(huán)境下FRP自來水浸泡30 d，CFRP的拉伸性能基本沒有發(fā)生明顯變化，而GFRP的抗拉強度和極限應變分別下降 10%和 8%，彈性模量變化不大，CFRP的耐水性能明顯優(yōu)于GFRP。凍融循環(huán)（溫度為－17～8 ℃）100次后，CFRP的抗拉強度和極限應變分別下降4.4%和5.1%，GFRP的抗拉強度和極限應變分別下降10%，彈性模量未發(fā)生明顯變化。濕熱環(huán)境（溫度40 ℃，濕度98%）下老化1000 h后，CFRP拉伸性能變化不大，GFRP出現(xiàn)明顯下降。其中，采用膠粘結 A浸漬的 GFRP抗拉強度下降26%，彈性模量下降12%，采用膠粘劑B浸漬的GFRP抗拉強度下降16%，彈性模量下降17%。25 ℃氫氧化鈣飽和溶液浸泡30 d，未預涂粘結劑的CFRP和GFRP抗拉強度分別下降35%和74%，預涂膠粘劑的CFRP抗拉強度基本不變，GFRP抗拉強度下降52%，表明堿性環(huán)境對 FRP片材有明顯的侵蝕作用，CFRP的耐堿性能優(yōu)于 GFRP，同時采用表面預涂粘結劑的方式可有效提高FRP的耐堿性能。

Jonathan等[52]研究了pH為8.5的海水環(huán)境、pH為3的酸性環(huán)境、pH為12的堿性環(huán)境、pH為7的水環(huán)境、60 ℃和72 ℃的高溫環(huán)境和38 ℃/濕度100%的濕熱環(huán)境對樹脂、FRP與混凝土界面和 FRP與鋼結構粘結性能的影響。研究結果表明，紫外線輻照后，樹脂的脆性增加。隨著溫度、濕度的增加，樹脂的彈性模量、抗拉強度逐漸下降，而斷裂延伸率有所增加。堿性環(huán)境、酸性環(huán)境和水環(huán)境對 FRP-混凝土結構和FRP-鋼結構粘結性能都有一定的不利影響，其中，堿性環(huán)境下 FRP粘結結構界面性能最大，酸性環(huán)境和水環(huán)境次之。

胡安妮[53]分別研究了載荷和腐蝕環(huán)境共同作用對FRP加固混凝土結構和FRP加固鋼結構耐久性的影響。試驗表明，干濕循環(huán)對 FRP-混凝土結構粘結性能有一定不利影響，粘結試件極限載荷隨干濕循環(huán)次數(shù)增加呈逐漸下降趨勢。當預加載荷與腐蝕環(huán)境共同作用時，與只有干濕環(huán)境作用試件相比，相同干濕循環(huán)次數(shù)內，當預加載荷（低于30%極限載荷）較小時，極限載荷并未出現(xiàn)明顯下降；當預加載荷（大于50%極限載荷）較大時，試樣極限載荷出現(xiàn)較大幅度下降。FRP和鋼結構在凍融循環(huán)和干濕循環(huán)環(huán)境下的界面粘結性能試驗表明，凍融循環(huán)和干濕循環(huán)處理后，F(xiàn)RP加固鋼結構界面粘結性能出現(xiàn)大幅下降。干濕循環(huán)15次試樣粘結極限載荷下降57%，凍融循環(huán)25次試樣粘結極限載荷下降 60%。當預加載荷與干濕環(huán)境共同作用 FRP-鋼結構時，F(xiàn)RP-鋼結構粘結性能變得不穩(wěn)定，極限載荷大幅下降，當預加載荷為極限載荷30%時，干濕循環(huán)120次后試樣極限載荷下降幅度達78%。

總結已有的部分研究成果，可將環(huán)境因素對FRP加固結構的影響歸為以下幾類[54-57]。

1）溫度、水分、化學介質等環(huán)境因素對粘結劑都有較為明顯的劣化作用，膠粘結的抗拉強度、抗壓強度和彈性模量等都逐漸下降。酸、堿性環(huán)境對CFRP有一定的劣化作用，干濕環(huán)境、凍融環(huán)境、溫度、濕度等對CFRP的抗拉強度、彈性模量和斷裂延伸率影響則很小，某些性能還有所提高。與CFRP相比，GFRP受酸、堿性環(huán)境影響更大。在干濕環(huán)境、凍融環(huán)境、高溫高濕環(huán)境作用下，GFRP的抗拉強度、彈性模量和斷裂延伸率都有不同程度的下降?？傮w而言，加固材料中，粘結劑性能受環(huán)境影響最大，CFRP的耐久性能優(yōu)于GFRP。

2）酸性環(huán)境、堿性環(huán)境、干濕環(huán)境、凍融環(huán)境、濕熱環(huán)境、應力環(huán)境等對 FRP加固結構界面粘結性能都有較為明顯的不利影響。老化處理后，界面粘結強度下降明顯，原因主要是環(huán)境因素的作用使得膠粘劑產(chǎn)生膨脹、溶解、龜裂等，使得膠粘劑自身粘結性能下降明顯。其次，侵蝕介質滲入粘結界面取代粘結劑，削弱界面的粘結強度。與單一環(huán)境因素作用試樣作對比，當兩種或兩種以上環(huán)境共同作用時，界面粘結性能下降速率呈上升趨勢，粘結界面性能變得非常不穩(wěn)定。

3）酸性環(huán)境、堿性環(huán)境、干濕環(huán)境、凍融環(huán)境、濕熱環(huán)境、應力環(huán)境等對 FRP加固結構的抗拉、抗彎或抗壓性能都有一定的不利影響。老化處理后，粘結界面成為加固結構的薄弱單元，F(xiàn)RP與加固結構的變形協(xié)調能力下降，容易過早地發(fā)生 FRP與加固結構界面剝離破壞，F(xiàn)RP的利用率嚴重下降。選擇不同的膠粘結、不同的表面處理工藝以及加固工藝等對加固結構的耐久性能也有一定影響。

上述研究成果也為將來如何提高加固結構的耐久性能提供了研究方向。

1）研制性能更優(yōu)異的膠粘劑，提高膠粘劑的交聯(lián)度、耐水性能、玻璃化轉變溫度以及與被粘物的粘結性能等。

2）選擇更好的工藝對被粘材料進行表面處理，使膠粘劑與被粘物表面充分浸潤，減少界面粘結缺陷，提高粘結劑與被粘物界面的物理或化學連接。

3）選擇合理的粘結工藝。粘結工藝的不同對加固結構耐久性也有一定的影響，如含膠量、FRP尺寸、補片層數(shù)、粘貼方式等。

4）加固后的表面防護措施。采用防腐涂層對粘結區(qū)域進行表面防護可在一定程度上延緩水或其他腐蝕對FRP的侵蝕，改善加固結構的耐久性。

5 結論與展望

FRP加固金屬結構作為一種新型修理技術，已經(jīng)得到越來越多的研究和應用，盡管已取得一定的成就，但作為一種新技術，仍有很多問題亟待解決。未來應重點研究以下幾個方面的內容：盡快制定相應的行業(yè)標準和具體的修理準則，使修理過程規(guī)范化；新型加固結構的設計研究，使 FRP修復金屬技術得到更廣闊的應用；研制新型高性能材料，包括提高FRP材料和粘結劑性能，降低 FRP價格等；表面不規(guī)則構件的損傷修理研究；表面處理工藝的研究，提高修理結構粘接性能；修復效果的評估準則和測試方法的研究。

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