FRP-NSM加固混凝土构件的研究现状

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1、FRP-NSM加固混凝土构件的研究现状FRP-NSM加固混凝土构件的研究现状　　摘要：FRP表面嵌入法(NearSurfaceMounted简称NSM)是近几年以来结构加固的重要技术进展。研究简要介绍了国内外FRP-NSM加固混凝土梁抗弯性能和抗剪性能的研究成果,概述了FRP-NSM加固的发展。通过介绍NSM-FRP加固混凝土梁的研究发展和现状，对现有研究的不足进行综合比较和分析，并对发展的前景和遇到的问题进行了探讨。　　　　FRP表面内嵌加固修复方法是将纤维增强塑料(FRP)筋或板条放入结构表面预先开好的槽中，并向槽中注入粘结材料(树脂、水泥砂浆或混凝土等)

2、使之形成整体，来改善结构性能(抗弯、抗剪性能、抗震性能)的方法，简称NSM—FRP,如　　1-1NSM—FRP加固示意图　　图1-1所示。同工程中常用的加固方法相比优势很明显[1]，比起表面外贴法(ExternallyBondedReinforcements简称EBR)具备很多优点[2]，特别是FRP与混凝土的粘结表面积增大，提高了FRP的利用率;可避免FRP受到磨损、撞击，适用于桥面板和连续梁负弯矩区域的加固;可用于恶劣环境下(高湿、高温和冻融)工程加固等。所以NSM—FRP加固法有着广阔的研究和工程应用前景。　　技术运用　　早在20世纪40年代末瑞典的As

3、plund[3,4]用此项技术加固瑞典一座桥梁，由于当时受到加固材料和粘结材料的限制，效果不好。随着新材料的不断出现，各种新加固方法出现，特别是NSM—FRP加固技术，这种加固在国外工程中的应用也越来越多，以下是国外的几个实例：1997年至1998年技术人员用NSM—CFRP加固技术对美国的Oklahoma市的一所建筑物进行了加固[5];1998年技术人员用NSM—CFRP加固技术(CFRP砂磨)方法加固了美国波士顿市的6个混凝土圆形结构物[3];同年技术人员用NSM—CFRP(CFRP砂磨)加固技术对美国正在使用中的桥梁进行加固[6];1999年秋天技术人员

4、用NSM—CFRP(CFRP板带)加固技术加固了瑞典一座桥梁的桥板[7];1999年用NSM方法加固了一个5层框架的砌体墙[8];Gentile和Rizkalla[9]对加拿大的一座使用了39年的木桥梁进行加固;AndreaProta[10]等人用NSM—CFRP对混凝土仓筒结构进行加固。目前关于嵌入法加固研究的资料非常有限，且尚未有相关规范和设计准则颁布，现有的试验研究主要集中在界面粘结性能试验和混凝土构件抗弯加固试验两大部分。　　研究成果其现状　　NSM—FRP加固梁的破坏模式理论上分为三种：弯曲破坏、粘结破坏和剪切破坏。　　弯曲破坏　　弯曲破坏，加固梁受

5、压区混凝土被压碎和FRP被拉断。　　粘结破坏　　粘结破坏，粘结剂与混凝土界面滑移破坏、粘结剂劈裂破坏和混凝土开裂引起的剥离破坏、FRP与粘结剂界面滑移破坏。从已有的试验结果来看，嵌贴法加固钢筋混凝土梁的主要破坏方式为粘结失效，目前剥离强度模型可归为三大类：基于抗剪承载力的模型、混凝土齿状模型、界面应力模型。对于嵌入式加固的粘结失效强度模型的研究还较少，所提出的模型一般都是在原有外贴片材模型上的改进的。Hassan和Rizkalla结合混凝土破坏准则，提出了界面应力的计算方法[4]，浙江大学的刘义根据自己的试验对公式进行了详细的推导[2]，界面剪应力计算公式：　

6、　注：P为梁上作用集中荷载;为梁未嵌贴FRP段的长度;为FRP筋形心到梁截面中和轴的距离;是考虑了混凝土开裂影响的截面有效惯性矩;为胶层与FRP筋之间的有效粘结系数　　Hassan和Rizkalla指出由于胶层-FRP界面的粘结力要高于混凝土-胶层界面，而且胶层的剪切强度往往高于混凝土，因此构件的剥离破坏由混凝土的剪切强度所控制。当界面剪应力随外荷载的增长而增加到混凝土的剪切强度时，将会在混凝土-胶层界面发生剥离破坏。不过，对于其他更为复杂的(FRP一胶层界面破坏，FRP被拔出;粘结材料层发生劈裂破坏;槽附近混凝土开裂)破坏模式下的极限荷载的获取，显然此方法需

7、要进一步的改进。　　剪切破坏　　剪切破坏，加固后梁的抗弯承载力大于梁加固前的抗剪承载力时，可能会发生斜截面剪切破坏。由于剪切破坏是脆性破坏，相对于弯曲破坏更加突然，DeLorenzis和Nanni在抗剪增强试验中，通过对FRP筋的布置角度、锚固长度、配箍率、间距和等影响参数的组合，在破坏模式的基础上，提出FRP筋对抗剪承载力的计算方法，并且与试验结果进行比较，取得较好的吻合。　　根据美国《外贴FRP增强混凝土结构设计和施工指导》(ACI-440)和我国《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS-146)的有关规定，FRP增强混凝土构件抗剪承载力计算按原混凝

8、土构件抗剪承载力和FRP材料承担剪力之