纤维增强复合材料在工程结构加固中的应用

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1、纤维增强复合材料（FRP）在工程结构加固中的应用肖萍（福建信息职业技术学院福州，350019）摘要：介绍FRP这种新型高性能复合材料的种类、性能特点及对钢筋混凝土构件的加固方式，并介绍了FRP复合材料在土木工程不同领域的应用发展，展望了FRP复合材料在今后土木工程领域的广阔发展前景。关键词：FRP复合材料；材料性能；钢筋混凝土构；修复加固随着社会科学技术的进步，土木工程结构学科的发展，在很大程度上得益于性质优界的新材料、新技术的应川和发展，而纤维增强复合材料（fiberreinforcedpolymer简称FRP）以其优界的力学性能及适应现代工程结构向大跨、

2、高耸、重载、轻质发展的需求，正被越來越广泛地应用于桥梁工程、各类民用建筑、海洋工程、地下工程中，受到结构工程界广泛关注。1FRP复合材料的种类FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定地比例混合，经过特别的模具挤压、拉拔而形成的高性能型材料。目前工程结构中常用的FRP主材主要有碳纤维（CGRP）、玻璃纤维（GFRP）、及芳纶纤维（AFRP）,这些材料性能如表1所示，具材料形式主要有片材（纤维布和板）、棒材（筋材和索材）及型材（格栅型、工字型、蜂窝型等）。1.1在FRP片材中，纤维布是hl前应用最为广泛的形式，它由连续的长纤维编织而成，通常是单向纤维布，使用前

3、布浸润树脂，在采用FRP布加固吋布的形状可以根据被加固结构的外形随意调整，加上它本身没有刚度，运输方便，较适用于梁与柱的抗剪、抗弯加固，柱与节点的抗震加固。但由于FRP布的厚度较薄，需多层粘贴才能满足要求，所以丿施丄工艺较繁朵，操作较为困难。而FRP板则可以承受纤维方向上的拉和压，所以FRP板较适用于梁板柱的抗弯加固和抗剪加同。1.2在FRP棒材中，FRP筋是釆用单向成型工艺，将单向长纤维与树脂混合为棒材；而FRP索是将连续的长纤维单向编织，再用少量树脂浸润固化或不用树脂固化而制成的索状FRP制品。FRP筋和FRP索可以在钢筋混凝土代替钢筋和预应力筋，特别是

4、FRP筋川作预应力筋时,它的高强度、低弹性模量和抗腐蚀性对结构都十分有力。同时它们还叮用于人跨度支撐结构、张拉结构和悬挑结构，且一般可节约劳动力和大量后期的维护费用。但工程造价一般高于采用钢筋的方案。1.3在FRP型材中，FRP格栅型材可代替钢筋网或钢筋笼，直接用作结构中作为楼面或夹心板等构件，同时FRP其他型材也可用于管道、桩基等尺寸较大或形状复杂的结构构件中。2FRP复合材料的基本力学性能和特点：2.1抗拉强度高，FRP的抗拉强度均明显高于钢筋，与高强钢丝抗拉强度差不多，一般是钢筋的两倍甚至达十倍。但FRP材料在达到抗拉强度前，儿乎没有塑性变形产生，受拉

5、吋应力一应变呈线弹性上升直至脆断，因此FRP复合材料在与混凝土结构其同作用的过程中，往往不是由于FRP材料被拉断破坏，而是由于FRP—混凝十•界面强度不足导致混凝十•结构界面被剥离破坏，所以，FRP—混凝土界血粘结性能问题成为今后工程应用的一个重点和难点。2.2FRP复合材料热膨胀系数与混凝土相近，这样当环境温度发生变化时，FRP与混凝土协调工作，两者间不会产生人的温度应力。2.3与钢材相比，大部分FRP产品弹性模量小。约为普通钢筋的25%〜75%。因此，FRP结构的设计通常由变形控制。2.4FRP的抗剪强度低，其强度仅为抗拉强度的5%〜20%,这使得FRP

6、构件在连接过程中需要研制专门的锚具、夹具。也使得FRP构件的适度成为研究突出的问题。2.5FRP材料抗腐蚀、抗疲劳性能好，可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用，因而nJ提高结构的使川寿命，这是结构材料难以比拟的。但同时，与一般混凝土相比较，FRP复合材料的防火性能偏差，这也制约了该类结构产品的推广应用，成为今后要解决的问题之一。2.6自重小、施工方便，其重量-•般为钢材的20%,没有湿作业，不需大型施工机具，无需现场固定设施，施工占用场地少，可降低劳动力费用。材料种类密度Kg/m3弹性模量Mpa抗拉强度Mpa极限应变%普通钢筋78502.1xl05400

7、10.0高强钢丝78502.0xl0518004.0GFRP=2000=5.1x10°=1670=3.3CFRP=1500=1.5x10'=1700~1.1AFRP=1300=6.4x10°□610=2.5表1FRP复合材料力学性能比较1FRP复合材料在钢筋混凝土结构构件屮的加固方式3.1梁的受弯、受剪加固FRP对混凝土简支梁进行受弯加固吋，首先应现将梁底粘贴FRP的区域进行处理，去除表面的曲弱层，露出表面的混凝土层并打磨平整，以保证混凝土与FRP之间的可靠粘结，如图一所示。同时在普通混凝土梁的受剪加固中，FRP对于不同截面形状及角部的广泛适川性，也是其突出

8、的优势。粘贴ftp板的钢筋混凝I：梁1.2FRP可用