FRP在土木工程結構加固應用進展探究

【摘 要】近年來，纖維增強復合材料也就是FRP是一種新型高性能結構材料，在土木工程結構加固中得到廣泛的應用， 我國在土木工程結構中對這一新型高性能材料做了研究工作，例如FRP材料技術、FRP加固設計技術、FRP加固施工技術等，研究表明，FRP在土木工程結構加固中的應用，顯現的自身特點有高強、輕質、抗腐蝕溫度作用下穩定性好等，工程優勢有節省維修費用、施工便利、交通干擾較小、結構耐用持久等，利用這些特性和優勢，在某些特定的條件下，FRP材料可以代替具有傳統的結構材料進行使用，這種材料受到土木工程界的重視與關注，在未來的結構加固領域，FRP材料的地位越來越重要。本文介紹了土木工程結構中FRP材料的特點，分析了在土木工程結構中的應用與發展，以供工作參考。

【關鍵詞】纖維復合材料（FRP）；土木工程；加固應用

土木工程學科的發展要依賴于性能優異的新材料新技術的應用和發展。FRP復合材料在土木工程結構加固工程中應用潛力很大。FRP材料具有輕質高強、抗腐蝕性強、耐腐蝕耐久性能好、自重輕、施工方便、熱膨脹系數與混凝土相近、抗疲勞、節省材料、施工方便、維護成本低等優點。FRP材料的結構修復和形成新結構在土木工程中的研究與應用較多，結構修復包括維修、加固、更新等幾個方面；形成新結構包括采用FRP材料形成新結構和FR材料與混凝土形成混合結構。在21世紀的結構加固領域，采用FRP材料加固的應用范圍越來越廣，主要應用于加固混凝土、梁、板、柱、砌體結構、鋼結構等。土木工程中，各國政府對材料的安全性、耐久性、經濟性是很重視的。

1 FRP在結構加固中的研究現狀

我國FRP材料的研究和應用與發達國家相比，技術水平還比較落后。但是目前，我國應用FRP材料已完成多項工程，其發展前景還是很廣，近些年來，我國有更多的研究單位加人到FRP材料的研發中來，因此，我國的FRP研發的技術領域得到快速發展。它的發展也會帶動市場材料的使用量，在土木工程領域中，FRP復合材料的應用在我國起步較晚，FRP材料隊也土木工程建筑物來說，造價不能過高，FRP材料工程應用經驗較少，造成FRP材料的應用比其他行業會滯后些，而工程師面對的FRP實踐性問題也是關于這種材料加強結構的預期或先見效果，實踐設計經驗少，對FRP材料加固結構設計的標準和研究也很缺乏[1]。

從20世紀90年代早期，在FRP材料以使用于土木工程中，這是因為FRP材料自身具有輕質高強、抗腐蝕和耐疲勞等特點，從90年代開始，很多發達國家開始引用航天技術和補強技術中成熟的FRP復合材料，將它代替鋼材，作為土木工程結構加固材料。與傳統的加固方法相比，利用FRP復合材料加固節省了材料，并且縮短了施工工期，在土木工程的的應用上取得一定的經濟效益。據資料統計，從早期到90年代末期，在國際上，已經有超過2 000個大中工程采用用FRP復合材料，被用作于土木工程結構加固修補， 建筑發達國家每年要生產數百萬平方米的FRP復合材料，用作結構加固，在我國，現有的很多橋梁和建筑物建造較早，對于這些工程的承載要求在不斷提高，但是，一些住宅的質量問題仍存在，其加固修補技術也就越來越高[2]。

2 FRP材料的特點

FRP材料與普通鋼材相比， FRP材料在工程結構應用中發揮了很大的優勢，我們需要掌握并利用它的優點，FRP材料的比強度性能較高，利用它的輕質高強性能，可以減輕土木工程結構自重。在抗震工程中，可以減小地震作用，在橋梁工程中，使用FRP結構作為上部結構，可以增加橋梁的極限跨度；FRP材料的抗拉強度較 高，其抗拉強度類似于高強鋼材的強度，在達到抗拉強度之前，幾乎不會產生塑性變形；FRP材料抗剪強度也較低，基本上在其抗拉強度的10%左右；FPR材料彈性模量小，其彈性模量約為普通鋼材的25%～70%；FPR材料有良好的耐腐蝕性和耐久性，在酸、堿和潮濕的環境中，FPR材料可以長期使用， 大大提高了結構的使用壽命；另外，FRP材料密度是鋼材的25%左右，具有自重輕的特點，便于工程施工[3]。

3 FRP材料在結構加固中應用

在土木工程結構加固中，新型FRP材料還有很多優點，例如節省人工，因為這種材料不需笨重的機械設備；施工便利，因為它不受施工場地大小的限制；還有工期短、加固綜合費用低等優點[4]。

FRP材料在梁的加固中的應用，FRP材料加固梁是將混凝土表面進行打磨、修補的處理，在進行整平、清灰等等過程，確保混凝土粘貼面處理平整干凈后，再用粘結材料將FRP復合材料粘貼到梁的受拉表面。在實際加固工程研究中，由于非預應力FRP板具有施工便捷，不需使用任何特殊設備且工期較短，所以這種材料的應用范圍很廣。FRP材料在柱的加固中的應用，在使用FRP材料對鋼筋混凝土柱進行加固修復時，先將FRP纖維沿柱子環向纏繞，使用環氧樹脂將FRP材料與舊的混凝土相粘接上，保證FR材料P和混凝土有效粘接。FRP材料對砌體結構的加固應用，很多砌體結構由于設計基準期的接近、結構設計和抗震標準的提高及對建筑物的安全性、實用性和耐久性的要求的提高等原因，砌體結構就更需要維修加固，我國采用FRP材料新型技術對砌體結構進行加固，彌補了傳統砌體結構補強方法的缺點，FRP材料加固砌體結構，可以提高抗震性能，它約束墻體而阻止了裂縫，從而改善了整體結構的受力狀態，避免了整體結構的突然破壞[5]。FRP材料在土木工程結構加固中的應用很廣泛，可用于民用建筑、橋梁及工業廠房的鋼筋混凝土建筑物，另外還有煙囪、水塔、地鐵、隧道、等建筑物和工程中中都有所應用[6]。

隨著經濟高速發展和科技的進步，FRP復合材料是一種新型的結構建筑材料，其技術具有發展潛力，FRP復合材料作為傳統建材的一個重要補充，它在某些方面不能取代傳統的建筑材料。FRP復合材料加固法有明顯的優勢，具有良好的經濟效益，在結構工程中將得到廣泛的應用。FRP復合材料技術的研究與開發，推動了現代土木工程的技術進步，它將有越來越廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]YeLP，Lu XZ，ChenJF.Design proposal for debonding strengths of FRP strengthened RC beams in the Chinese design code[C]//Proceedingsof International Symposium on Bond Behavior of FRP in Structure.Hong Kong，2005:45-54.

[2]任慧韜.纖維增強復合材料加固混凝土結構基本力學性能和長期受力性能研究[D].大連:大連理工大學土木工程學院，2003.

[3]CEB-FIP.Externally bonded FRP reinforcement for RC structure，Technical report on the design and use of externally bonded fiber reinforced polymer reinforcement forreinforced concrete structure prepared by a working party ofthe Task Group 9.3 FRP reinforcement for concretestructure[S].

[4]吳智深.FRP復合材料在基礎工程設施的增強和加固方面的現狀與發展[A].中國纖維增強塑料(FRP)混凝土結構學術交流會論文集[C].2000.5-20.

[5]馮鵬，葉列平.FRP結構和FRP組合結構在結構工程中的應用與發展[C].第二屆全國土木工程用FRP應用計算學術交流會論文集，昆明:2002，7.

[6]李建保.碳纖維復合材料在智能建筑結構中的應用[C]//第二屆纖維增強塑料及工程應用學術交流會論文集.北京:清華大學出版社，2002:34-40.