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FRP复合材料在土建结构工程中的应用与推广

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FRP复合材料在土建结构工程中的应用与推广

发布日期:2022-05-03 14:29 来源:http://www.lseet.com.cn 点击:

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建筑材料FRP复合材料在土建结构工程中的应用与推广吴方志(福州市市政建设开发公司350005)疲劳、温度作用下稳定性能好等特点,因而受到土木工程界关注。本文简要介绍了FRP复合材料特点,对FRP复合材料在土木工程中的应用情况进行论述。Z后,对FRP的发展进行展望。

  常见几种FRP力学性能见表一:表一FRP力学性能表密度kg/m3弹性模量mpa抗拉强度mpa极限应变普通钢筋78502.1X 10416703.3AFRP13006.4X10416102.5FRP材料力学性能决定其有如下几个主要特点:破坏外还一定1的延dl保证结有1塑性变1以3改进胶接性能从而使砼与:之得八十年代末,在发达国家中正兴起一项新的结构补强加固技术――纤维加筋塑料(FRP)运用技术。到如今,该技术已广泛应用于美国、日本、加拿大、德国等国的建筑物柱和桥梁桥墩加固实践中①由于我国在前几年提高抗震设计等级和近海结构工程中钢筋砼不能很好满足抗腐蚀要求,以及有大量提升桥梁运载能力的要求,故该技术也必将在我国得到应用和推广。

  FRP纤维加筋塑料主要包括碳素加筋塑料(CFRP)、玻璃纤维加筋塑料(GFRP)、芳纶纤维加筋塑料(AFRP)三种。表面形成可以是光滑、或者做成与轴线垂直螺旋纹、或做成网状表面以增强与砼结合②粘贴FRP专用胶,是一种双组分、无溶剂高强度、不流淌、触变型粘合剂。平、竖、仰面均可使用。

  1、抗拉强度高。三种FRP抗拉强度均明显超过钢筋,与高强钢丝接近,且在达到抗拉强度之前,几乎没有塑性变形产生。能灵活地用于抗弯、封闭箍和抗剪加固。

  2、热膨胀系数与混凝土相近。环境温度发生变化时,FRP与混凝土协同工作,两者这间不会产生较大温度应力4、弹性模量小FRP弹性模量约为普通钢筋25― 70%.除上述四点外,还有自重轻,能在狭小的空间操作:具有柔韧性,能包裹复杂外形构件;适用于各种构件表面等特点。

  三、FRP复合材料的使用改善了钢筋砼的工作性能FRP复合材料加固砼构件中,它的纤维方向应和原结构中强度不足的方向一致。如沿与构件主轴垂直方向粘贴改善加固部位的延性,提高其抗震性能;沿构件主轴方向粘贴,可以提高构件抗弯能力;沿箍筋方向贴在构件侧面,能增加抗剪能力。下面就其工作机理进行阐述:1、FRP使用增强钢筋混凝土构件抗震能力C③对抗震结构的要求除了要有足够的强度,不发生强度形能力,能够耗散更多的地震能量。通过横向缠裹FRP,尤其在柱端部塑性铰区包裹FRP,对提高其延性是非常有效的。因为弹性模量和抗拉强度都很高FRP能有效的约束砼的横向变形,提高砼的极限压应变,推迟了受压区混凝土破碎,充分发挥纵向钢筋的塑性变形性能,改善构件延性。这与箍筋作用相似,而且由于FRP直接约束在构件Z外层,它的作用比箍筋更为直接、有效。试验时,我们可以观察到,用FRP包裹后,柱中箍筋应变发展缓慢,直至构件破坏时都未屈服,证实它的作用比箍筋直接、有效。

  用碳纤维缠绕加固混凝土圆柱,由于泊松效应,混凝土横向膨胀,碳纤维沿环向伸长,产生径向约束力。在整个受力过程中,FRP与内部砼满足变形协调与力平衡条件。约束效率取决于砼泊松系数、外包FRP环向强度和构件几何尺寸。

  3、使用FRP加固对钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响梁受弯承载力明显提高,其中极限抗弯承载力提高更为显著;随着FRP用量增多,将使抗弯构件破坏形态由FRP被拉断引起破坏转变为混凝土被压碎破坏;粘贴FRP梁的挠度将明显减少,由于FRP的使用,构件裂缝开展受到约束,从而增加构件的抗弯刚度。

  四、国内外有关FRP加固混凝土结构设计施工规程美国是当今应用FRP材料Z广泛的国家。ACI―440委员会于1999年2月推出了有关设计规程。该规程为采用外部粘贴法加固混凝土结构提供了诸如材料的选择、设计、计算方法等方面指南。日本是在编制有关FRP规程、标准方面是起步Z早和Z完备的国家之一。1996年,正式颁布连续纤维材料补强加固混凝土结构物的设计及施工规程。欧洲对FRP研究始于20世纪70年代的德国。1997年12月开始编制高性能纤维复合材料加固混凝土结构设计指南〉,将于今年内完成并推出。我国正进行碳纤维加固改造修复混凝土结构技术的系列研究开发项目相继在科技部、建设部立项,并被列为“九五”重点科技攻关项目。2000年11月,我国正式出版了碳纤维布加固修复混凝土结构技术五、FRP复合材料施工工艺和加固后结构防护⑤⑥1、混凝土基面打磨。粘贴面的砼劣化层(如浮浆、风化层等)要用砂轮很仔细地除掉和打磨;粘贴面凸出部分要削平;凹入部位,要用环氧树脂进行修补;粘贴面的粉尘用压缩空气机除去,然后用丙酮或无水酒精拭表面。转角部位要进行倒角处理,倒角半径大于150mm并用修补材料CFE处理圆滑,使FRP能平滑地贴附于其表面,以避免FRP在折角处应力集中。

  2、涂底层涂料。涂料浸入砼表面,即可强化砼表面强图一用FRP对空心板结构加固类型工程名称工程特点所在国竣工Shinmiya桥梁式,跨度5.7m曰本1998Ludwig rail桥跨度22.8m和19.2m加拿大1993Headinglye桥梁式。五跨。跨度32.5m加拿大1996苏州莺湖桥梁式,三跨,跨度15m中国200)LunenscheGasse桥梁式。跨度15m俄罗斯1989Notch桥梁式三跨跨度为13m、18m、13奥地利1991TabrasGolfClub桥梁式,跨度11.8m,宽2.4m曰本1990AFRPBirdie桥梁式跨度54到提高。

  3、用整平材料打平。FRP布只有与所加固修补的砼表面紧密接触,才可能产生良好补强效果。砼表面锐利突起物、错位都可能产生损伤,并引起强度降低。砼表面问题很难通过基底处理这一道工序彻底清理。因此,必须用整平材料找平。

  4、涂浸渍树脂――贴FRP布――涂浸渍树脂。将连续纤维状的FRP结合在一起,使之呈板状硬化,使纤维之间相互结合,均匀抵抗外力,发挥纤维整体强度。同时将FRP与砼粘接在一起,形成复合性整体,共同抵抗外力。FRP下料长度,应在现场根据施工经验和作业空间决定,若需接长时,接头搭接不得小于15公分。

  5、必要时做表面整饰。为满足结构防火、外观要求,FRP粘贴完成后,其表面应涂刷结构胶和防火涂料或采用高标号砂浆抹面。

  1、旧有结构修复与加固⑦京津高速公路立交卩匝道桥满足现行规范要求,但考虑到其它原因引起实际荷载比原设计荷载增大,需要进行受弯正截面承载力加固。按图加固后,现场实测达到预期效果。FRP加固形成如图一。美国加利福利亚大桥墩进行加固,如图二a湖北工学院体育馆地下室立柱碳纤维加固,如图三;某电报大楼改造加固,如图四。

  图二:影部部分为墩结复合材加固图三湖北工学院体育馆地下室图四某电报大楼改造加固实践证明,采用FRP对受损混凝土梁、板、墩柱等进行修复加固是非常有效的。一般在混凝土梁板拉应力出现部位利用环氧树脂粘贴FRP,FRP纤维方向应与拉应力方向平行。对柱、桥墩进行加固时,FRP沿环向缠绕,并用环氧树脂将FRP与旧有混凝土粘接。

  2、可用FRP替换钢筋或钢管直接应用于新建结构中采用FRP筋桥梁的材料造价一般高于采用钢筋方案,但由于FRP具有耐腐蚀,耐疲劳和维护费用低等特点,前者可节约劳动力和大量后期维护费用。

  采用FRP筋的部份工程实例七、结语由于FRP具有轻质、超高强、高弹模、易裁剪、抗疲劳性能好、耐磨、耐腐蚀、无磁性、施工方便等性能,使得FRP在土木工程领域的应用得以迅速地发展。因此为了更安全、更有效推广应用该类复合材料,笔者认为应进一步进行如下几个方面工作:1、耐火极限和防火设计方法研究;4、应编制便于FRP实际应用的分析软件和设计软件,为在实际工作中更为合理推广应用FRP创造条件。


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