FRP約束混凝土柱力學性能研究

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

關鍵詞：纖維增強復合材料；加固；混凝土；力學性能

0前言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，混凝土結構是當今世界上使用最多的一種結構，其使用壽命可達數(shù)十年，甚至上百年。但在使用壽命內，結構會遭受多方面的作用，大致有以下：設計不周、施工缺陷；年久老化；腐蝕、超載、意外災害等。將直接導致混凝土粉化、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)使用就必須進行補強加固處理。如果沒有根本性的技術革新，社會將負擔龐大的基礎設施的維修和管理費用[1][29]。

在建筑構件中，柱類構件對上部結構起著承重作用，一發(fā)生破壞會導致整個結構的倒塌，所以對此類構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、預應力加固法、粘鋼法等。這些方法雖然對改善結構的強度、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：①自重大，可能會造成連鎖補強問題；②對建筑物的使用功能、美觀造成很大影響；③抗腐蝕性能差，易喪失應有功能，在廠房中應用顯得尤為突出；④施工復雜且周期長，影響了正常工作及生活，社會效益差。

纖維增強復合材料加固修補混凝土結構技術，根據(jù)約束混凝上原理間接提高結構的承載力[2]。經過研究表明，不僅可以提高構件的承載力，而且也可改善構件的延性，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件。

綜合比較，各種加固方法由于所用材料的不同，在力學性能、施工技術及工程造價等方面也各有優(yōu)缺點。如圖1所示，將各種約束混凝土的應力應變關系曲線做出比較，纖維增強材料加固性能最好，具有很大的工程價值，應該進行大力推廣[31]。

1特點

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

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，在工程上應用較多的主要是碳纖維增強材料(CFRP)、玻璃纖維增強材料(GFRP)和芳綸纖維增強塑料(AFRP)。碳纖維的強度最高，彈性模量也高過鋼筋，但延伸率較低，玻璃纖維的強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力—應變關系為線彈性，無屈服段，呈現(xiàn)脆性破壞。在實際應用中為了保證結構有一定的安全性能，一般取名義應力作為材料的破壞應力。

FRP同鋼材相比具有以下特點：(1)抗拉強度高；(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)彈性模量小；(6)抗剪強度低。

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