FRP在建筑結構加固施工中的應用探析

摘 要：受外部環境及自身特性影響，建筑結構隨著使用時間的延長，會逐漸出現變形、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，嚴重時還會引發安全事故，終止建筑設施的使用壽命。FRP作為新型材料，在建筑結構維修補強方面有著十分突出的表現。文章針對FRP在建筑結構加固施工有關問題進行探討，分析了FRP加固技術的基本概念，詳細闡述了FRP在建筑結構加固施工領域的諸多應用。

關鍵詞：建筑結構；加固施工；工程建設

引言

環境保護、綠色發展的理念已經成為當前人類社會的共識。在建筑行業，使用環保建材，延長建筑使用壽命，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活動的重要發展方向。我國是建筑產業大國，每年都有大規模的建筑工程開工建設，同時有大量建筑因為破損、老化的原因需要維修。建筑維修改造材料市場空間十分廣闊。由此促進了新型建材的研究開發工作。在諸多新型建材之中，纖維增強材料（英文簡稱FRP）以其優異的使用性能、廣泛的適用性、良好的加工性能以及較好的環保性成為建筑企業關注的重點，在建筑結構加固領域發揮了重要的作用。

1 FRP加固技術基本概念

FRP是英文Fiber Reinforced Polymer/Plastic的簡稱，即纖維增強復合材料。從組成結構上看，FRP主要包括兩個部分，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，構成類似鋼筋混凝土的復合材料。由于引入了纖維結構，聚合物的性能，特別是機械性能發生了巨大變化，進步顯著，因此，再加上良好的適用性和加工性能，故而廣泛應用于工農業生產、軍事國防、醫療科研等諸多領域。用于生產FRP的纖維和聚合物種類繁多，僅纖維一項，就有碳纖維（CF）、玻璃纖維（GF）和芳綸纖維（AF）等多個類型。從外觀上看，FRP的表明即可是光滑如鏡的平面，也可以是網格狀，或者是與軸線垂直的螺旋紋狀。將FRP其剖開，其界面可以呈現出棒狀、薄板及織物形多種形態。FRP之所以具有如此多樣的結構、外觀形態，主要是由于其加工生產工藝和纖維的形態不同所導致的。

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性能，而在機械性能可以媲美金屬材料的同時，其化學合成產物的特點也決定了其具有密度低、無磁性等特點，從而使得在越來越多的領域，FRP成為金屬材料的替代品，對于降低資源消耗，減輕環境壓力具有很大作用。

粘貼FRP加固法是在建筑結構補強加固領域應用最為廣泛的FRP使用技術，在耐腐蝕性、耐疲勞性、密度、比強度等方面表現優越。同時，施工操作難度低，工程施工周期短，對人力要求不高等也是粘貼FRP加固法得以在建筑施工領域得到廣泛推廣應用的重要原因。

1.2 粘貼FRP加固法的工程應用

粘貼FRP加固法在國內建筑工程領域的應用已經經歷了較長的一段時間，在房屋、橋梁、筒倉、高速公路等混凝土結構建筑物與構筑物的修復及加固方面經驗較為成熟。國家也先后出臺了《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2006）、《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》（CECS146：2003）等規范性文件和技術標準，對粘貼FRP加固法的使用作出了指導和約束。在具體實施時，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應力加固，另一種是使用片材覆蓋粘貼在建筑構件外部，用以代替樹脂。在諸多應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在建筑結構加固施工中的應用

FRP在建筑工程結構加固施工中的作用，主要是通過采用粘貼FRP加固法對各類混凝土構件以及墻體進行加固維修來實現的。下面就針對各種粘貼FRP補強施工技術進行簡要說明。

2.1 混凝土梁的抗彎加固和剪切補強

混凝土建筑梁的補強是FRP在建筑結構補強領域最常用、最主要的應用之一。具體包括抗彎性能和前切補強兩個方面：

（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嵌或外貼FRP來實現的。施工時，FRP和混凝土構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。如果是對連續梁進行承載力加固，則需要在其負彎矩區內進行FRP的內嵌或外貼作業。對于混凝土梁使用螺栓錨固或U型FRP條帶錨固的場合，則應該注意對FRP的保護，避免發生斷裂、破壞等情況發生。

（2）剪切補強。FRP剪切補強的方式有很多種，比如纏繞加固、U型箍加固、雙L型FRP板加固、僅在梁側面貼FRP加固等。無論哪種形式都有兩種實現方法。一是在混凝土梁的縱向方向上每隔一段距離設置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面的FRP條對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，形成一個包裹柱體的混凝土的封閉的FRP桶裝保護層，可以顯著提高柱體的軸心抗壓強度、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。在加固作業前需要對柱體表面進行特殊處理，特別是要對邊棱處進行倒角加工，保證曲率半徑不低于20毫米，施工時要放置FRP受力不均發生斷裂。

2.3 混凝土板的補強加固

如果是混凝土單向板，其抗彎補強可以按照混凝土梁的抗彎加固補強技術進行施工，將FRP貼覆在混凝土板的受拉部位，并做好加固保護，放置FRP層破壞。如果是混凝土雙向板，在進行粘貼FRP補強時，需要注意外貼板加固板極限承受力與剛度的增長要與外貼板平面尺寸的增長保持一致。

2.4 節點加固

節點加固主要是用來提高建筑的抗震性，延長混凝土框架使用壽命。前者是通過節點的承載力上限和延性來實現，后者則是通過靜態FPR加固法來強化混凝土框架的承載力和剛度，從而減低節點發生開裂的幾率。

2.5 墻體加固

部分砌體墻結構在設計階段缺乏對地震載荷的考慮，單純對重力載荷和風載荷進行了設計，導致墻體的抗拉、抗剪及抗彎強度較低，抗震性能較差。針對這個問題，在砌體墻和剪力墻墻體表面上沿著斜向方向用FPR交錯粘貼，可提高墻體抗彎和抗剪切能力，減少裂縫產生，提高墻體抗震能力。這種在墻體上粘貼FRP的方法，對于已經產生裂縫的墻體，也具有修補作用。

3 結束語

經過多年的發展，纖維增強復合材料已經從一開始的單一型纖維增強材料發展到多種纖維增強的復合型纖維增強材料，并且伴隨著應用領域的擴展，使用要求的改變，不斷針對使用環境予以細化、改進。時至今日，FRP已經形成了一個龐大的纖維增強復合材料體系。在國民經濟建設和國防安全等各個領域發揮出越來越大的作用和影響。在建筑行業中，FRP加固技術更是在許多新型、高端的建筑工程領域中有著優異表現。我們相信，隨著FRP應用技術的繼續深入研究，FRP的性能會得到進一步提高，成為材料領域的一顆璀璨明珠，為我國經濟社會發展提供強大的助力。

參考文獻

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