FRP约束混凝土柱力学性能研究

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摘要：纤维增强复合材料(FRP)在土木工程中的应用是国内外研究热点，本文综述了FRP
的特性及近年在的研究应用状况和发展前景。

关键词：纤维增强复合材料；加固；混凝土；力学性能

0前言

随着建筑业的发展，混凝土结构是当今世界上使用最多的一种结构，其使用寿命可达数十年，甚至上百年。但在使用寿命内，结构会遭受多方面的作用，大致有以下：设计不周、施工缺陷；年久老化；腐蚀、超载、意外灾害等。将直接导致混凝土粉化、疏松、剥落、开裂和钢筋锈蚀，使裂缝增大、刚度降低、挠度增大，承载力削弱甚至丧失[25]。限于我国国情，其中的大部分不可能推倒重建，继续使用就必须进行补强加固处理。如果没有根本性的技术革新，社会将负担庞大的基础设施的维修和管理费用[1][29]。

在建筑构件中，柱类构件对上部结构起着承重作用，一发生破坏会导致整个结构的倒塌，所以对此类构件的加固已成为急待解决的问题[27]。

传统加固方法常用的有加大截面法、置换法、预应力加固法、粘钢法等。这些方法虽然对改善结构的强度、刚度以及抗震性能起到了一定的作用，但也存在着许多缺点：①自重大，可能会造成连锁补强问题；②对建筑物的使用功能、美观造成很大影响；③抗腐蚀性能差，易丧失应有功能，在厂房中应用显得尤为突出；④施工复杂且周期长，影响了正常工作及生活，社会效益差。

纤维增强复合材料加固修补混凝土结构技术，根据约束混凝上原理间接提高结构的承载力[2]。经过研究表明，不仅可以提高构件的承载力，而且也可改善构件的延性，将有效地解决上述问题[21][22]。所以现在多用此法来加固柱类构件。

综合比较，各种加固方法由于所用材料的不同，在力学性能、施工技术及工程造价等方面也各有优缺点。如图1所示，将各种约束混凝土的应力应变关系曲线做出比较，纤维增强材料加固性能最好，具有很大的工程价值，应该进行大力推广[31]。

1特点

纤维增强复合材料加固修补混凝土结构技术是利用环氧树脂将纤维材料粘贴于混凝土表面，从而提高被加固结构的承载力或刚度等的目的。由于FRP具有耐腐蚀、轻质、施工便捷等优点，再加上FRP价格的不断下降，FRP被广泛应用于混凝土结构及其他结构的加固中[2]。FRP不仅可用于混凝土结构的加固，还可用于钢结构、木结构及砌体结构的加固及防腐。

按材料形状分，主要有：FRP片材(包括布状片材、板状片材)、棒材和型材。按材料种类分，在工程上应用较多的主要是碳纤维增强材料(CFRP)、玻璃纤维增强材料(GFRP)和芳纶纤维增强塑料(AFRP)。碳纤维的强度最高，弹性模量也高过钢筋，但延伸率较低，玻璃纤维的强度和弹性不如碳纤维，但有较好的延伸率。芳纶纤维介于两者之间。

由上图2可看出该三种材料的应力—应变关系为线弹性，无屈服段，呈现脆性破坏。在实际应用中为了保证结构有一定的安全性能，一般取名义应力作为材料的破坏应力。

FRP同钢材相比具有以下特点：(1)抗拉强度高；(2)抗腐蚀性和耐久性好；(3)自重轻，施工方便；(4)热膨胀系数与混凝土存在一定差别；(5)弹性模量小；(6)抗剪强度低。

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