FRP在建筑結(jié)構(gòu)加固施工中的應(yīng)用探析

摘 要：受外部環(huán)境及自身特性影響，建筑結(jié)構(gòu)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)逐漸出現(xiàn)變形、破損、老化等諸多問題，這些情況不僅僅影響建筑美觀，降低使用性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)安全事故，終止建筑設(shè)施的使用壽命。FRP作為新型材料，在建筑結(jié)構(gòu)維修補(bǔ)強(qiáng)方面有著十分突出的表現(xiàn)。文章針對(duì)FRP在建筑結(jié)構(gòu)加固施工有關(guān)問題進(jìn)行探討，分析了FRP加固技術(shù)的基本概念，詳細(xì)闡述了FRP在建筑結(jié)構(gòu)加固施工領(lǐng)域的諸多應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；加固施工；工程建設(shè)

引言

環(huán)境保護(hù)、綠色發(fā)展的理念已經(jīng)成為當(dāng)前人類社會(huì)的共識(shí)。在建筑行業(yè)，使用環(huán)保建材，延長(zhǎng)建筑使用壽命，降低資源消耗與廢棄物排放，提高資源回收利用效率，逐漸成為人們開展建筑工程生產(chǎn)活動(dòng)的重要發(fā)展方向。我國(guó)是建筑產(chǎn)業(yè)大國(guó)，每年都有大規(guī)模的建筑工程開工建設(shè)，同時(shí)有大量建筑因?yàn)槠茡p、老化的原因需要維修。建筑維修改造材料市場(chǎng)空間十分廣闊。由此促進(jìn)了新型建材的研究開發(fā)工作。在諸多新型建材之中，纖維增強(qiáng)材料（英文簡(jiǎn)稱FRP）以其優(yōu)異的使用性能、廣泛的適用性、良好的加工性能以及較好的環(huán)保性成為建筑企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。

1 FRP加固技術(shù)基本概念

FRP是英文Fiber Reinforced Polymer/Plastic的簡(jiǎn)稱，即纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。從組成結(jié)構(gòu)上看，F(xiàn)RP主要包括兩個(gè)部分，一是同向性纖維作，二是高性能聚合物。纖維作為骨架，高性能聚合物作為基材充斥其間，構(gòu)成類似鋼筋混凝土的復(fù)合材料。由于引入了纖維結(jié)構(gòu)，聚合物的性能，特別是機(jī)械性能發(fā)生了巨大變化，進(jìn)步顯著，因此，再加上良好的適用性和加工性能，故而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事國(guó)防、醫(yī)療科研等諸多領(lǐng)域。用于生產(chǎn)FRP的纖維和聚合物種類繁多，僅纖維一項(xiàng)，就有碳纖維（CF）、玻璃纖維（GF）和芳綸纖維（AF）等多個(gè)類型。從外觀上看，F(xiàn)RP的表明即可是光滑如鏡的平面，也可以是網(wǎng)格狀，或者是與軸線垂直的螺旋紋狀。將FRP其剖開，其界面可以呈現(xiàn)出棒狀、薄板及織物形多種形態(tài)。FRP之所以具有如此多樣的結(jié)構(gòu)、外觀形態(tài)，主要是由于其加工生產(chǎn)工藝和纖維的形態(tài)不同所導(dǎo)致的。

1.1 FRP的性能特性和粘貼FRP加固法的功能特性

FRP材料的兩大組成，纖維和高分子聚合物，通常都擁有良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能，而在機(jī)械性能可以媲美金屬材料的同時(shí)，其化學(xué)合成產(chǎn)物的特點(diǎn)也決定了其具有密度低、無磁性等特點(diǎn)，從而使得在越來越多的領(lǐng)域，F(xiàn)RP成為金屬材料的替代品，對(duì)于降低資源消耗，減輕環(huán)境壓力具有很大作用。

粘貼FRP加固法是在建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的FRP使用技術(shù)，在耐腐蝕性、耐疲勞性、密度、比強(qiáng)度等方面表現(xiàn)優(yōu)越。同時(shí)，施工操作難度低，工程施工周期短，對(duì)人力要求不高等也是粘貼FRP加固法得以在建筑施工領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用的重要原因。

1.2 粘貼FRP加固法的工程應(yīng)用

粘貼FRP加固法在國(guó)內(nèi)建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)歷了較長(zhǎng)的一段時(shí)間，在房屋、橋梁、筒倉(cāng)、高速公路等混凝土結(jié)構(gòu)建筑物與構(gòu)筑物的修復(fù)及加固方面經(jīng)驗(yàn)較為成熟。國(guó)家也先后出臺(tái)了《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2006）、《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146：2003）等規(guī)范性文件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)粘貼FRP加固法的使用作出了指導(dǎo)和約束。在具體實(shí)施時(shí)，主要有兩種類型，一種是使用棒材作為鋼筋的替代物用于體外預(yù)應(yīng)力加固，另一種是使用片材覆蓋粘貼在建筑構(gòu)件外部，用以代替樹脂。在諸多應(yīng)用形式中使用最多的是超薄可卷布狀碳纖維布，該種工程材料采用碳纖維聚合物CFRP制作而成，厚度一般為0.05毫米到0.4毫米之間。

2 FRP在建筑結(jié)構(gòu)加固施工中的應(yīng)用

FRP在建筑工程結(jié)構(gòu)加固施工中的作用，主要是通過采用粘貼FRP加固法對(duì)各類混凝土構(gòu)件以及墻體進(jìn)行加固維修來實(shí)現(xiàn)的。下面就針對(duì)各種粘貼FRP補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。

2.1 混凝土梁的抗彎加固和剪切補(bǔ)強(qiáng)

混凝土建筑梁的補(bǔ)強(qiáng)是FRP在建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域最常用、最主要的應(yīng)用之一。具體包括抗彎性能和前切補(bǔ)強(qiáng)兩個(gè)方面：

（1）抗彎加固。FRP的混凝土梁抗彎加固是通過在梁的受拉面內(nèi)嵌或外貼FRP來實(shí)現(xiàn)的。施工時(shí)，F(xiàn)RP和混凝土構(gòu)件間要使用專門的膠黏劑，以保證二者的貼覆緊密，牢固可靠。如果是對(duì)連續(xù)梁進(jìn)行承載力加固，則需要在其負(fù)彎矩區(qū)內(nèi)進(jìn)行FRP的內(nèi)嵌或外貼作業(yè)。對(duì)于混凝土梁使用螺栓錨固或U型FRP條帶錨固的場(chǎng)合，則應(yīng)該注意對(duì)FRP的保護(hù)，避免發(fā)生斷裂、破壞等情況發(fā)生。

（2）剪切補(bǔ)強(qiáng)。FRP剪切補(bǔ)強(qiáng)的方式有很多種，比如纏繞加固、U型箍加固、雙L型FRP板加固、僅在梁側(cè)面貼FRP加固等。無論哪種形式都有兩種實(shí)現(xiàn)方法。一是在混凝土梁的縱向方向上每隔一段距離設(shè)置FRP條帶，二是FRP整截面布置。部分情況還可以采取在U箍或側(cè)面FRP端部加壓條等錨固措施的加固形式。上述方法原理都是通過貼覆于梁側(cè)面的FRP條對(duì)混凝土梁的緊固作用，提升梁的抗剪切能力。

2.2 柱的加固

在柱體表面上纏繞FRP，形成一個(gè)包裹柱體的混凝土的封閉的FRP桶裝保護(hù)層，可以顯著提高柱體的軸心抗壓強(qiáng)度、抗震能力及其延性。如果加固的柱體不是呈圓柱狀，而是存在棱角，比如是方形柱體。在加固作業(yè)前需要對(duì)柱體表面進(jìn)行特殊處理，特別是要對(duì)邊棱處進(jìn)行倒角加工，保證曲率半徑不低于20毫米，施工時(shí)要放置FRP受力不均發(fā)生斷裂。

2.3 混凝土板的補(bǔ)強(qiáng)加固

如果是混凝土單向板，其抗彎補(bǔ)強(qiáng)可以按照混凝土梁的抗彎加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行施工，將FRP貼覆在混凝土板的受拉部位，并做好加固保護(hù)，放置FRP層破壞。如果是混凝土雙向板，在進(jìn)行粘貼FRP補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，需要注意外貼板加固板極限承受力與剛度的增長(zhǎng)要與外貼板平面尺寸的增長(zhǎng)保持一致。

2.4 節(jié)點(diǎn)加固

節(jié)點(diǎn)加固主要是用來提高建筑的抗震性，延長(zhǎng)混凝土框架使用壽命。前者是通過節(jié)點(diǎn)的承載力上限和延性來實(shí)現(xiàn)，后者則是通過靜態(tài)FPR加固法來強(qiáng)化混凝土框架的承載力和剛度，從而減低節(jié)點(diǎn)發(fā)生開裂的幾率。

2.5 墻體加固

部分砌體墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)階段缺乏對(duì)地震載荷的考慮，單純對(duì)重力載荷和風(fēng)載荷進(jìn)行了設(shè)計(jì)，導(dǎo)致墻體的抗拉、抗剪及抗彎強(qiáng)度較低，抗震性能較差。針對(duì)這個(gè)問題，在砌體墻和剪力墻墻體表面上沿著斜向方向用FPR交錯(cuò)粘貼，可提高墻體抗彎和抗剪切能力，減少裂縫產(chǎn)生，提高墻體抗震能力。這種在墻體上粘貼FRP的方法，對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的墻體，也具有修補(bǔ)作用。

3 結(jié)束語

經(jīng)過多年的發(fā)展，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)從一開始的單一型纖維增強(qiáng)材料發(fā)展到多種纖維增強(qiáng)的復(fù)合型纖維增強(qiáng)材料，并且伴隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，使用要求的改變，不斷針對(duì)使用環(huán)境予以細(xì)化、改進(jìn)。時(shí)至今日，F(xiàn)RP已經(jīng)形成了一個(gè)龐大的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料體系。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防安全等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮出越來越大的作用和影響。在建筑行業(yè)中，F(xiàn)RP加固技術(shù)更是在許多新型、高端的建筑工程領(lǐng)域中有著優(yōu)異表現(xiàn)。我們相信，隨著FRP應(yīng)用技術(shù)的繼續(xù)深入研究，F(xiàn)RP的性能會(huì)得到進(jìn)一步提高，成為材料領(lǐng)域的一顆璀璨明珠，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)大的助力。

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