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FRP在工程結構加固補強中的應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-02-26  瀏覽次數:77

早在20世紀80年代,這項技術在我國的工程實踐中就曾嘗試過:云南海孟公路巍山河橋的加固中采用了外貼GFRP內夾高強鋼絲的方法,此后湖南溆浦大江口橋、上海寶山飛云橋、廣東官汕線郭屋樓橋、韶關地區風村橋以及南京長江大橋引橋等,都采用環氧樹脂粘貼玻璃布進行了加固,但這項技術在我國的發展緩慢。而在20世紀80年代,瑞士聯邦實驗室的Meier等人對FRP板代替鋼板加固混凝土結構的技術進行了系統的研究,并在1991年用CFRP板成功的加固了瑞士的Ibach橋。此后,FRP片材加固混凝土結構技術的研究在歐洲、日本、美國和加拿大等國得到迅速發展,并在實際工程得到較多的應用,特別是美國北嶺地震和日本阪神地震后,FRP加固技術的優越性在已損壞結構的快速修復加固中得到了很好的驗證。目前,這些國家和地區先后頒布或出版了FRP加固混凝土結構設計規程或指南。我國從1997年才開始對FRP加固技術開展系統的研究,使這一技術得到推廣,在一些重大工程,如人民大會堂、民族文化宮的加固改造中得到了應用。2000年完成了我國首部FRP片材加固設計與施工技術規程。近年我國還開展了FRP片材加固砌體結構和鋼結構的研究和應用,但仍以加固混凝土結構的研究和應用最多。
       關于FRP片材加固混凝土結構,最近國內已有大量的研究論文發表,本書不再贅述,則主要針對不同的加固形式,指出其應用中應注意的關鍵問題:
      (1)FRP布纏繞加固混凝土柱,通過約束混凝土提高混凝土強度和變形能力,并可提高柱的抗剪能力。這是FRP布加固混凝土最有效的加固形式,其加固效果已得到國內外大量試驗的驗證,而且各種FRP片材均有效。但研究表明,FRP對混凝土柱的約束效果與截面形狀有很大關系,對于矩形截面柱一般只能提高變形能力和抗剪能力,而對受壓承載力的提高有限,正常加固量下一般不超過25%。但如果將截面形狀適當處理成有一定弧度,則可顯著提高受壓承載力。在我國的工程應用中,往往十分關心加固后柱的軸壓比限值能否提高,這與約束混凝土柱的受壓承載力和變形能力的提高有很大關系,從目前的研究來看,FRP包裹纏繞圓形混凝土可以大大改善其延性,可適當放松軸壓比限制。另一個值得注意的是,雖然CFRP布的強度是各種FRP中最高的,但其延伸率較小,其約束混凝土最終表現為突然的脆性破壞。近年來已有采用混合FRP約束混凝土的研究,還有一些高延伸率纖維材料的應用,可使脆性破壞得到改善,且能改善約束效果。
       (2)在梁、板受拉面粘貼FRP片材,能提高構件受彎承載力,并可使裂縫得到有效控制。這種加固形式在國內應用較多,但從加固效果來看存在以下一些問題:①FRP片材的受拉作用只是在受拉鋼筋屈服以后才能得到有效發揮,而此時梁和板的撓度變形一般已很大,因此FRP片材用于受彎加固通常只能作為一種安全儲備;②加固后受彎承載力提高程度與加固前梁板的原有配筋量有很大關系,且FRP的強度一般不能得到充分利用;③FRP片材用于受彎加固時易產生剝離破壞,應充分注意采取抗剝離的構造措施。為了提高受彎加固效果,采用預應力方法可以獲得較好的效果,我國已成功開發出預應力CFRP布張拉設備和加固技術。FRP加固可有效控制裂縫的開展,尤其在梁的側面粘貼FRP條帶,可控制梁腹配筋不足導致裂縫過大的情況。相對于受彎承載力加固,這應該成為FRP在梁板加固中的主要應用方式,但目前關于加固后的裂縫計算問題尚未有深入研究。
       (3)對梁、柱構件采用FRP片材包裹或U形箍包裹,以提高其受剪承載力。這種加固形式也較為有效,不過同樣需注意其提高程度與原構件配箍率有關,且FRP片材強度的發揮一般只有20%~40%。此外,對于U形或側面粘貼加固,剝離破壞仍是主要破壞形式,因此,FRP與混凝土界面間的剝離是非常值得深入研究的問題。
       除以上三種主要加固形式外,FRP布也可用于受扭和剪力墻的加固。對于柱的受彎加固梁柱節點因FRP的錨固問題難以解決,而很難得到實際應用。
       目前雖然。FRP片材加固混凝土結構已得到廣泛應用,但仍有許多問題值得深入研究,主要有:界面粘結性能和剝離、疲勞性能、二次受力、防火問題、耐久性以及環境影響等。對于隧道、涵洞、煙囪、殼體結構等特種結構的加固,粘貼FRP片材有很大優勢,研究工作在我國已有開展,但還較少。
       FRP片材的截面積較小,使得加固效果受到影響,因此近年來采用FRP網格材加固、FRP筋表面嵌入式加固技術以及FRP索體外預應力加固在國內外有較多的研究和應用。
       除了用于混凝土結構加固外,FRP也可用于砌體結構、木結構和鋼結構的加固,這方面的研究和應用工作目前國內也有開展。
        FRP對于鋼結構的加固包括無初始缺陷和有初始缺陷鋼梁的加固。加固的效果主要體現在疲勞壽命、極限承載力、屈曲荷載和耐腐蝕性能的提高,試驗表明,疲勞性能的提高非常顯著。在西方國家用FRP加固鑄鐵結構應用也較多。總體上,我國對FRP加固鋼結構的研究還處于起步階段,仍需進行深入的研究。
       另一個值得注意的問題是,FRP材料直到破壞都基本表現為線彈性,這與傳統的鋼材和混凝土的力學性能有很大差別,因此采用這種材料加固或直接作為構件和組合構件,其極限狀態、設計方法和可靠度問題,以及設計指標都與目前常用的混凝土結構和鋼結構有所不同。
 
 
 

 
  
 

 
關鍵詞: FRP FRP片材
 
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