frp约束混凝土力学性能,研究进展

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1、FRP约束混凝土力学性能，研究进展及工程应用主讲人：何骏炜主要内容FRP的简单介绍FRP的力学性能CFRP补强加固混凝土梁FRP的工程应用FRP的研究进展FRP的简单介绍FRP:FiberReinforcePolymer纤维复合材料纤维增强复合材料(FRP,FiberReinforcedPolymer)被誉为继混凝土材料之后的又一种重要结构材料,尤其在结构加固技术方面具有轻质高强、施工便捷、维护方便、耐久性好等优点,已成为桥梁工程、房屋建筑等加固改造的研究和应用的热点之一。混凝土柱修复加固常用的FRP材料用于结

2、构修复加固的增强纤维主要有碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)、芳纶纤维(AFRP)和高弹模碳纤维(HFRP)。芳纶纤维是一种人造合成有机纤维，由芬芳聚酰按单向排列而成。芳纶纤维有三种：Kevlar纤维（美国杜邦公司）、Twaron纤维（荷兰特瓦龙公司）、Technora纤维（日本帝人公司）。芳纶纤维分为高强和高弹性模量两种。突出优点是具有较好的韧性，主要缺点是抗压强度较低，大约为其抗压强度的1/8。此外，对紫外线和湿气较敏感。玻璃纤维分为无碱玻璃纤维（E-玻璃）、中碱玻璃纤维（C-玻璃）、高碱玻璃纤维（A

3、-玻璃）、高强度玻璃纤维（S-玻璃）及高弹性模量玻璃纤维（M-玻璃）等。E-玻璃纤维和S-玻璃纤维是土木工程中常用的玻璃纤维。玻璃纤维的主要优点是价格便宜，突出缺点是弹性模量相对较低、不耐碱，长期受力情况下易于断裂。近年来通过增加氧化铝的含量来生产一种耐碱型的玻璃纤维—AR纤维。碳纤维有聚丙烯腈（PAN）基、粘胶基及沥青（Pitch）基三种碳纤维，目前用的最多的是PAN基碳纤维。此外，按碳纤维力学性能可分为高强度和高弹性模量的碳纤维。碳纤维丝束是由大量连续、没有缠绕的纤维丝组成。碳纤维的结构完全不同于石墨的六面

4、体结构。通常说的石墨纤维代表纤维含碳量在99%以上，而碳纤维则在80%~95%。碳纤维的缺点是各向异性，价格比较高。近年来，将碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维及环氧树脂按照一定的比例制成一种新结构的纤维—混杂纤维，HFRP的弹性模量是钢的2~3倍,可有效提高混凝土构件的承载力和刚度,应用较为广泛,但其断裂延伸率较低,加固的混凝土构件破坏具有一定的脆性。FRP中常用的树脂是环氧树脂EP、乙烯脂VE、聚脂UP，密度一般是1.1~1.4g/cm3。树脂的主要作用是将纤维粘结在一起填充纤维间的缝隙，传递纤维间的力，防止在压力

5、作用下纤维屈曲，同时还可以保护纤维。树脂一个重要的力学性能指标是树脂的延伸率。树脂的主要力学性能选择树脂时，树脂的延伸率要大于纤维的延伸率，这样才能保证纤维断裂前树脂不发生破坏。FRP的品种FRP布：粗纤维按照一定的方向编制而成的纤维布，没有经过树脂浸渍的布通常称为“干布”。根据编织方式：平纹布、斜纹布、光面布。方向性：单向纤维布、双向纤维布、多向纤维布。还可分为机织布、非机织布。FRP板材：将树脂、纤维丝按照一定的比例通过高温固化挤压而形成的，包括FRP板、FRP板条。宽度相对宽的就是FRP板，宽度相对较小的

6、称为FRP板条。FRP板材可以应用在梁的抗弯加固及抗剪加固中，在抗剪加固中还可以使用“L”形FRP条带。FRP型材：将纤维及树脂按照一定比例采用拉挤或缠绕工艺而制成的。FRP型材按照截面形式可以分为工字形、L形、槽型、圆形及矩形。FRP棒材：可以分为FRP筋和FRP格栅。FRP筋按其外形可以分为带肋钢筋、表面磨砂筋及缠绕磨砂筋3种类型。FRP筋是将多股连续纤维以环氧树脂等作为基底材料进行咬合，此后经过特制的模具挤压、拉拔成型。FRP格栅式FRP筋按照一定的方向组合而成的增强材料，有三维空间结构和二维平面结构两种

7、。FRP格栅用于混凝土构件中作为抗弯、抗剪的增强材料，也可用于混凝土构件的体外加固材料。FRP短纤维：由纤维长丝短切而成，其基本性能主要取决于原料—纤维长丝的性能。较长丝而言，短纤维具有分散局黁、喂料方式多样、工艺简单的有点，所以可以应用于长丝所不能适合的领域。将FRP短纤维加入混凝土或砂浆中可以有效地防止由于混凝土（砂浆）固塑性收缩、干缩、温度等因素引起的微裂缝，抑制裂缝的开展，大大改善混凝土的抗裂、抗渗性能、抗冲击及抗震能力，可以广泛地应用于地下工程、工业与民用建筑工程、道路及桥梁工程中。将长度为2~5cm

8、的短纤维通过化学粘结和机械作用可以制成一种薄片材料—FRP毡垫，毡垫通常宽5cm~2m，宽度大约是0.5kg/m2。从混凝土浇筑和FRP材料粘贴的时间顺序看,FRP材料对核心混凝土的约束方式主要有两种:一种用FRP布或FRP条带缠绕在既有混凝土柱表面;另一种以混凝土填充FRP布预制管以FRP布或条带缠绕在既有混凝土柱表面是一种良好的修复加固方法,可以提高既有混凝土柱的承载力、延性和能量