FRP約束混凝土柱力學(xué)性能研究

摘要：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)在土木工程中的應(yīng)用是國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，本文綜述了FRP
的特性及近年在的研究應(yīng)用狀況和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；加固；混凝土；力學(xué)性能

0前言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)今世界上使用最多的一種結(jié)構(gòu)，其使用壽命可達(dá)數(shù)十年，甚至上百年。但在使用壽命內(nèi)，結(jié)構(gòu)會(huì)遭受多方面的作用，大致有以下：設(shè)計(jì)不周、施工缺陷；年久老化；腐蝕、超載、意外災(zāi)害等。將直接導(dǎo)致混凝土粉化、疏松、剝落、開裂和鋼筋銹蝕，使裂縫增大、剛度降低、撓度增大，承載力削弱甚至喪失[25]。限于我國國情，其中的大部分不可能推倒重建，繼續(xù)使用就必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理。如果沒有根本性的技術(shù)革新，社會(huì)將負(fù)擔(dān)龐大的基礎(chǔ)設(shè)施的維修和管理費(fèi)用[1][29]。

在建筑構(gòu)件中，柱類構(gòu)件對(duì)上部結(jié)構(gòu)起著承重作用，一發(fā)生破壞會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌，所以對(duì)此類構(gòu)件的加固已成為急待解決的問題[27]。

傳統(tǒng)加固方法常用的有加大截面法、置換法、預(yù)應(yīng)力加固法、粘鋼法等。這些方法雖然對(duì)改善結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度以及抗震性能起到了一定的作用，但也存在著許多缺點(diǎn)：①自重大，可能會(huì)造成連鎖補(bǔ)強(qiáng)問題；②對(duì)建筑物的使用功能、美觀造成很大影響；③抗腐蝕性能差，易喪失應(yīng)有功能，在廠房中應(yīng)用顯得尤為突出；④施工復(fù)雜且周期長(zhǎng)，影響了正常工作及生活，社會(huì)效益差。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，根據(jù)約束混凝上原理間接提高結(jié)構(gòu)的承載力[2]。經(jīng)過研究表明，不僅可以提高構(gòu)件的承載力，而且也可改善構(gòu)件的延性，將有效地解決上述問題[21][22]。所以現(xiàn)在多用此法來加固柱類構(gòu)件。

綜合比較，各種加固方法由于所用材料的不同，在力學(xué)性能、施工技術(shù)及工程造價(jià)等方面也各有優(yōu)缺點(diǎn)。如圖1所示，將各種約束混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線做出比較，纖維增強(qiáng)材料加固性能最好，具有很大的工程價(jià)值，應(yīng)該進(jìn)行大力推廣[31]。

1特點(diǎn)

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是利用環(huán)氧樹脂將纖維材料粘貼于混凝土表面，從而提高被加固結(jié)構(gòu)的承載力或剛度等的目的。由于FRP具有耐腐蝕、輕質(zhì)、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，再加上FRP價(jià)格的不斷下降，F(xiàn)RP被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)及其他結(jié)構(gòu)的加固中[2]。FRP不僅可用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固，還可用于鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)的加固及防腐。

按材料形狀分，主要有：FRP片材(包括布狀片材、板狀片材)、棒材和型材。按材料種類分，在工程上應(yīng)用較多的主要是碳纖維增強(qiáng)材料(CFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)材料(GFRP)和芳綸纖維增強(qiáng)塑料(AFRP)。碳纖維的強(qiáng)度最高，彈性模量也高過鋼筋，但延伸率較低，玻璃纖維的強(qiáng)度和彈性不如碳纖維，但有較好的延伸率。芳綸纖維介于兩者之間。

由上圖2可看出該三種材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系為線彈性，無屈服段，呈現(xiàn)脆性破壞。在實(shí)際應(yīng)用中為了保證結(jié)構(gòu)有一定的安全性能，一般取名義應(yīng)力作為材料的破壞應(yīng)力。

FRP同鋼材相比具有以下特點(diǎn)：(1)抗拉強(qiáng)度高；(2)抗腐蝕性和耐久性好；(3)自重輕，施工方便；(4)熱膨脹系數(shù)與混凝土存在一定差別；(5)彈性模量??；(6)抗剪強(qiáng)度低。

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