土建結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征及加固技術(shù)的應(yīng)用分析

鮑慧茹

摘 要：考慮到復(fù)合材料在土建工程中應(yīng)用，可以提升結(jié)構(gòu)的牢固性，并使結(jié)構(gòu)的整體重量縮減，所以在土建工程中復(fù)合材料得到較廣泛的應(yīng)用。但為保證復(fù)合材料應(yīng)用的有效性，必須保證復(fù)合材料加固技術(shù)的應(yīng)用與土建結(jié)構(gòu)自身的力學(xué)特征相符合，在此背景下，文章針對土建結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征以及加固技術(shù)展開研究，為土建結(jié)構(gòu)更加合理的應(yīng)用復(fù)合材料提升穩(wěn)固性和韌性提供借鑒。

關(guān)鍵詞：土建結(jié)構(gòu)；力學(xué)特征；加固技術(shù)

前言

隨著建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大和建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的不斷提升，建筑材料得到不斷的優(yōu)化，具有質(zhì)量輕、外形美觀、耐腐蝕性強(qiáng)等特征的FRP材料就是為滿足建筑需要人們研發(fā)的新型材料，利用其建設(shè)的土建結(jié)構(gòu)不僅基礎(chǔ)承載力和結(jié)構(gòu)重量均明顯的縮減，而且整體的結(jié)構(gòu)使用壽命明顯的增加，為對采用FRP材料的土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更全面的認(rèn)識，作者針對其力學(xué)特征和加固技術(shù)展開研究。

1 土建結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征分析

土建結(jié)構(gòu)按照設(shè)計使用年限是5年、25年、50年和100年劃分成不同類型的結(jié)構(gòu)件，并按照安全等級和破壞后果將建筑物劃分成三種類型，在一、二、三安全等級下延性破壞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)可靠指標(biāo)分別為3.7、3.2和2.7；在一、二、三安全等級下脆性破壞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)可靠指標(biāo)分別為4.2、3.7和3.2，可見要保證土建結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性等，必須保證其整體的力學(xué)特征中，結(jié)構(gòu)構(gòu)建的承載能力極限可以滿足實際需要，這就需要對土建結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征進(jìn)行分析[1]。

考慮到土建結(jié)構(gòu)的加固構(gòu)件的總體抗剪能力可以利用素混凝土的抗剪能力、鋼筋的抗剪能力和FRP材料的抗剪能力的和計算獲取，而FRP材料的抗剪強(qiáng)度要通過計算獲取，其中k代表加固有效系數(shù)；Af代表總截面的面積；ffud代表設(shè)計抗拉強(qiáng)度；Sf代表平均間隔；af代表材料和構(gòu)建軸向夾角；rb代表混凝土材料系數(shù)[2]。結(jié)合FRP材料的相關(guān)特性可以發(fā)現(xiàn)，以其為主要材質(zhì)形成的面板用于土建結(jié)構(gòu)可以極大的提升土建結(jié)構(gòu)的橫向承載力，而且面板的破壞性和荷載力之間可以表現(xiàn)出較顯著的正相關(guān)性。另外，F(xiàn)RP材料中荷載和擾度的關(guān)系曲線在荷載增加的過程中會逐漸由線彈性轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性，這在一定程度上說明，在土建工程中應(yīng)用FRP材料替代傳統(tǒng)的鋼筋結(jié)構(gòu)，對提升器耐腐蝕性具有積極的作用。

另外，建筑結(jié)構(gòu)在使用的過程中會產(chǎn)生彎曲疲勞或剪切疲勞，而且在常幅載荷和變幅載荷的作用下均可能出現(xiàn)，甚至在環(huán)境的作用下會出現(xiàn)腐蝕疲勞或溫度疲勞，這對建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和安全性會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，所以掌握加固構(gòu)建的疲勞性能至關(guān)重要。在大量研究的過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力FRP在加固RC構(gòu)件會使其疲勞壽命和疲勞極限明顯的提升，但并不能滿足實際提升可靠性的需要，要進(jìn)一步提升建筑結(jié)構(gòu)的抗疲勞性，需要針對具體的建筑結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行針對性的優(yōu)化[3]。這就需要在實際判斷結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的過程中，先確定符合實際情況的載荷譜，并結(jié)合具體的載荷譜數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

除上述需要考慮的力學(xué)特征外，界面的力學(xué)性能、加固構(gòu)件的耐久性等也是需要考慮的方面，文章不進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

2 土建結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)分析

土建結(jié)構(gòu)在使用的過程中，受人為或自然等因素的影響，結(jié)構(gòu)變形的可能性較大，使其安全性和穩(wěn)固性等方面受到較嚴(yán)重的影響，例如，橋梁土建結(jié)構(gòu)在橋梁噸位提升的同時，會因荷載力的增加而發(fā)生變形，所以在土建結(jié)構(gòu)使用的過程中，要結(jié)合實際需要對其進(jìn)行有效的加固處理。在過去較長一段時間內(nèi)人們對土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，主要以鋼材料作為加固的主要材質(zhì)，而選擇的加固技術(shù)主要以置換法、繞絲法等為主，但隨著FRP材料的出現(xiàn)，人們在發(fā)現(xiàn)其相比鋼材料存在的優(yōu)勢后，逐漸用其取代鋼材料進(jìn)行土建結(jié)構(gòu)的加固處理。表1反應(yīng)了FRP材料與鋼結(jié)構(gòu)材料的性能差異[4]。在應(yīng)用FRP材料對土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的過程中，主要通過兩種粘貼技術(shù)實現(xiàn)，一種是被動加固技術(shù)，即在土建結(jié)構(gòu)需要加固補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的外表面直接以粘貼的方式固定FRP材料，在此種加固技術(shù)應(yīng)用的過程中，如果土建結(jié)構(gòu)的加固構(gòu)件的載荷并未增加，則FRP材料并不受力。另一種加固方法是主動加固法，此方法也被成為預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，就是通過直接或間接的方式將FRP材料粘貼在需要解雇的土建結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，但要保證土建結(jié)構(gòu)加固構(gòu)建在荷載增加前，加固的FRP材料就先幫助加固構(gòu)件承受一定的力。在后種加固技術(shù)應(yīng)用的過程中，對纖維材料所具有的高強(qiáng)度優(yōu)勢進(jìn)行了較好的應(yīng)用，可以有效的降低混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或斷裂等質(zhì)量問題的概率，而且對優(yōu)化加固件自身的耐久性和疲勞性也具有積極的作用。需要注意的是，在應(yīng)用FRP材料加固技術(shù)的過程中，如果加固條件是一定的，被加固構(gòu)建的極限承載能力也可以被視為固定不變的，此時要結(jié)合FRP材料所具有的力學(xué)特征，完成具體的加固操作。例如，在加固構(gòu)件的表面已經(jīng)出現(xiàn)了界面裂縫的前提下，加固構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度通常會縮減，縮減系數(shù)要在0.9左右，此時利用FRP材料加固技術(shù)就需要先計算出FRP材料在此時具體的抗彎強(qiáng)度。

3 結(jié)束語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識到，F(xiàn)RP材料在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，對提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性以及整體的耐久性等方面的重要作用，并在實踐中有意識的通過對土建結(jié)構(gòu)力學(xué)特征和加固技術(shù)進(jìn)行探究，不斷優(yōu)化FRP材料的應(yīng)用措施，這是現(xiàn)代建筑水平不斷優(yōu)化提升的體現(xiàn)，應(yīng)針對性的不斷完善和推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]邢萬寶.復(fù)合材料-土建結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性與加固技術(shù)探究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，16：81.

[2]馬玉峰.關(guān)于復(fù)合材料-土建結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性與加固技術(shù)探究[J].硅谷，2013，04：71+16.

[3]黃培彥，張術(shù)寬，鄭順潮，等.FRP片材在土建修復(fù)加固工程中應(yīng)用的力學(xué)問題[J].固體力學(xué)學(xué)報，2010，05：440-450.

[4]王詩語.土建結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征及加固技術(shù)研究[J].門窗，2016，09：220.