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        關于的FRP材料在土木工程中的應用

        論文導讀:多古建筑都遭到了不同程度的損壞。政府為了檢驗FRP材料加固的效果,在修復這些古建筑物時,采用了兩種主要的修復策略:對現場的破壞墻體采取粘貼FRP片材和向裂縫注漿。試驗表明,效果良好且持久,因此采用FRP材料加固砌體結構是一種高效可行的策略。  1986年和 1988 年建成的美國 Texas University 和 Hospi-tal Building 均采

        FRP材料在土木工程中的應用摘要: 本文綜述了國內外對 FRP復合材料及其在現代土木工程中應用的研究,文中在綜合有關資料的基礎上,介紹 FRP復合材料的優良技術特點以及在現代土木工程中應用的關鍵技術,并展望FRP應用前景。
          關鍵詞:FRP;加固
          FRP,是Fiber Reinforced Polymer的縮寫,意為纖維增強塑料,是對膠合后的連續纖維材料經過一定的加工工藝后而組成的復合材料。相對于早期的加固策略,FRP由于具有輕質、適用面廣、高強、抗疲勞、耐腐蝕、耐久性好和易加工等優良的技術特點,近年來,已經越來越多地應用在土木工程領域,尤其是結構的補強加固領域中。
          1.1 早期的加固策略
          目前,國內外對于加固所采用的策略主要有三類:直接加固法、間接加固法和構造性加固與修補。直接加固法是對僅對強度不足或構造不滿足要求的部位進行加固或修復而不轉變原有結構的承重體系和平面布置;間接加固法是指轉變原結構的平面布置和承重體系的一種加固策略;構造性加固與修補主要是加強砌體結構的整體性以及對砌體裂縫進行修補。[1]
          1.砌體結構的直接加固策略:
          1)增設扶壁柱加固法[2]
          該法屬于增大截面加固法的一種,主要是提高砌體墻的受壓承載力,一般僅應用在非地震區。
          2)灌漿法加固墻體[3]
          在墻體外再做水泥砂漿面層或鋼筋網水泥砂漿面層,該法主要是增加原有墻體的抗剪性能,適用于砂漿不密實或砂漿強度較低的墻體。
          3)鋼筋水泥砂漿外加層加固法[4]
          該法施工工藝簡單而且有成熟的設計和施工經驗,適應性強,缺點是承載力的提高程度比較低。
          2.砌體結構的間接加固策略:
          1)預應力撐桿加固法
          采用這種加固策略后可以使加固前后構件能夠協調工作,達到提高原結構的承載力的目的。其缺點是不能用于溫度在60℃以上的環境中。
          2)無粘結外包型鋼加固法
          該法屬于傳統砌體加固策略,其優點是受力較為可靠并且施工相對簡便,現場濕作業和工作量少;其缺點是加固費用較高。
          3.構造性加固與修補
          1)增設圈梁加固
          此種策略主要是用在房屋縱橫墻交接處咬槎有明顯缺陷或者房屋的整體性比較差時。
          2)增設梁墊加固
          梁下磚砌體被局部壓碎或者梁下的墻體出現裂縫時一般采用此種加固策略。
          經過上述的加固,砌體結構能起到一定的改善作用,但同時存在很多的缺點:
          (1)施工周期長,對正常的生活和工作產生很大的影響;
          (2)影響建筑物的美觀和使用功能;
          (3)會增加相應的加固成本
          由于這些加固策略的不足,因此,采用FRP加固砌體結構技術具有重要的工程應用價值和社會作用。
          1.2 FRP加固具有優良的技術特點:
          1.高強高效,適用面廣。FRP片材可以不轉變結構原有形狀、不影響結構外觀,而且還可以在結構的任何部位進行加固,能顯著提高原有構件的受力性能,這是目前任何其他的加固策略所達不到的;
          2.施工質量易保證。由于FRP片材是柔性材料,有效粘結率基本上達到100%,其他加固策略如粘貼鋼板等,則很難達到;
          3.施工簡便、快捷。可以在設施正常運營的條件下施工,能直接在建筑物表面包裹、粘貼,工序簡單,無需大型吊裝設備及模板,對施工場地要求很低。
          4.綜合經濟效益好。由于施工期短,用工數量少,不需要大型機具等理由,而且后期維護費用較低,耐久性能好,與其他加固策略相比,FRP加固策略更為經濟。
          5.耐腐蝕。FRP片材可直接用于接觸腐蝕性介質的結構,與粘鋼加固策略和配置鋼絲網加固等其他加固策略相比,具有很大的優勢。
          1.3 國外研究目前狀況
          FRP 纖維復合材料最早應用在英國建造一種叫“British Spitfires”的戰斗機的機身上,由于其杰出的低密度的特性和高抗拉強度,對飛機減輕自身重量、增加載荷量等起到了很大的作用,因此,一直到現在,碳纖維在航空航天業中仍然扮演著重要的角色。
          20世紀50-60年代,歐洲國家開始嘗試將FRP應用在民用建筑,1 968年英國用玻璃纖維建成了一座倉庫。從20世紀70年代開始,歐美等一些發達國家嘗試在建筑物中應用FRP板。但是在當時,由于FRP價格相當昂貴,在隨后的時間里,FRP材料在民用建筑物中的應用要緩慢了許多。從20世紀80年代末開始,由于生產工藝的不斷改善提高,FRP原材料的生產成本逐漸下降,目前,FRP材料在加固建筑、改善建筑結構受力方面的研究和應用很廣泛,逐漸成為一個新的研究熱點。
          1997至1998年,意大利發生了Umbria地震,很多古建筑都遭到了不同程度的損壞。政府為了檢驗FRP材料加固的效果,在修復這些古建筑物時,采用了兩種主要的修復策略:對現場的破壞墻體采取粘貼FRP片材和向裂縫注漿。試驗表明,效果良好且持久,因此采用FRP材料加固砌體結構是一種高效可行的策略。
          1986年和 1988 年建成的美國 Texas University 和 Hospi-tal Building 均采用了FRP。由美國 Delta結構技術公司負責完成的美國Bergstroms 機場的和Hilton 飯店的柱采用了類似的加固辦法。在美國,大量舊有民用建筑的維修和加固都采用FRP,如美國 Texas Hamilton 飯店部分柱子采用FRP進行了維修加固。
          1.4國內加固砌體概況
          相對歐美等發達國家,我國對FRP加固結構的研究起步較晚,大約在1996至1997年才開始應用研究,且多集中在混凝土結構。1998年在實際工程中逐步開始應用推廣。目前中國國內已經有多家科研院所,如中國建筑科學研究院、清華大學、四川省建筑科學研究院、同濟大學、西安建筑科技大學、天津大學、東南大學等開展了FRP的研究工作,而且國內從事結構加固工程的公司以及FRP原材料的生廠產家都積極投入到FRP的研究工作。目前的研究概況如下:
          趙彤采用不同的碳纖維布的粘貼方式和用量研究在周期反復荷載作用下的受力性能。結果表明,碳纖維布可以約束墻體阻止裂縫的開展,變形能力明顯改善,磚砌體墻的抗剪承載力顯著提高。
          翁大根、呂西林等采用鋼筋網砂漿面層加固法對表面粘貼GFRP的 全文地址:http://www.qdhlgm.com/ljgclw/lw50990.html
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