探討FRP加固鋼筋混凝土曲線梁的應用

劉偉楠

[摘要]本文介紹FRP材料的優越性及其加固方式，并分析采用其加固鋼筋混凝土曲線梁的優劣性，以便于在工程設計中應用。

[關鍵詞] FRP;加固;曲線梁

文章編號：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0113 -01

城市立交橋對于城市交通的作用無可比擬，隨著橋梁運營時間的增長，橋梁總會出現各種各樣的病害，如混凝土破損露筋，裂縫超限等，其中有橋梁本身設計的局限原因，也有施工考慮不足的原因。總之，對存在病害的城市立交橋的加固是必需的。而實際上，大多數立交橋，包括進出口匝道，均采用鋼筋混凝土曲線梁結構。本文旨在探討采用FRP加固鋼筋混凝土曲線梁的方式與適用范圍，并分析其優劣，以便于在工程設計中應用。

1 FRP材料

在土木工程領域中，纖維增強復合材料（ FiberReinforced Polymer.簡稱FRP）是一種輕質高強、耐腐蝕的高性能新型材料。根據纖維的種類不同，FRP分為以下三種：GFRP（玻璃纖維增強復合材料），CFRP（碳纖維增強復合材料）和AFRP（芳綸纖維增強復合材料）。FRP材料應用到土木工程領域主要受限于其昂貴的價格和較差的耐火性能。但是，近年來FRP價格已經大幅度下降，而且對于結構加固的總體費用來說，材料價格并不是唯一的考慮因素。另近年有研究指出，如果設計得當，能很好解決FRP的耐火性差的問題。同時，因為FRP還具有良好的耐腐蝕性能，用于加固時施工方便等優勢，所以FRP用于結構加固有較好的性價比。所以，目前已經存在大量工程案例采用FRP進行結構加固。

2 FRP加固方式

FRP加固鋼筋混凝土梁主要是使用濕粘法粘貼，即將FRP用樹脂浸潤后粘貼在經過打磨后的混凝土表面。

在梁的受彎加固中，通常做法是在梁底面粘貼FRP，并在梁端采用U型FRP箍進行粘貼錨固。在粘貼之前，應將粘貼區域進行表面處理，保證FRP與混凝土粘貼可靠。加固后加固梁的破壞模式主要有以下三種形式：彎曲破壞（FRP拉斷引起、混凝土壓碎引起），剪切破壞，剝離破壞（混凝土保護層、FRP端部界面、中部彎曲裂縫引起的界面、中部彎剪裂縫引起的界面）。

在梁的受剪加固中，根據粘貼方式可以分為僅在梁兩側面粘貼FRP、于梁側與受拉面U形粘貼FRP和沿整根梁截面封閉纏繞FRP。根據纖維分布類型可以分為FRP條帶間隔粘貼和纖維布連續滿貼。由于FRP是單向受力材料，所以一般應沿最有利于控制剪裂縫的方向布置。在實際工程上，對于FRP加固方案的選擇要考慮現場的可操作范圍，加固要求，受剪承載力的提高幅度，材料的供應和經濟因素。加固后加固梁的破壞模式主要有以下四種形式：FRP拉斷的剪切破壞，FRP未拉斷的剪切破壞，FRP剝離引起的剪切破壞和局部破壞。

3工程應用的優劣性

實際工程中，大多數曲線梁由于存在曲率，在豎直荷載作用下，曲線梁不僅會產生豎向彎矩，同時還產生扭矩;另外在產生扭矩的時候，又會使梁體產生彎矩。這兩種作用是相互影響，相互耦合的，使得梁底、曲線外側腹板容易產生裂縫，而且裂縫寬度超限。

在對鋼筋混凝土曲線梁進行加固時，采用FRP加固能很好的抑制裂縫的發展，并有效提高梁的承載能力。這是因為FRP具有高強的特性，使用專用粘貼劑將碳纖維片與結構面粘貼在一起，與鋼筋共同受力，降低鋼筋所受應力，提高結構的承載力極限，從而得到加固增強的效果。

采用FRP加固法相比其他加固方法的優越性表現在以下5個方面。（1） FRP自身厚度薄、體積小，具有極高的強度與剛度，幾乎不增加荷載及原結構斷面尺寸。（2） FRP成型性極強，可裁剪定型滿足不同的形狀要求，容易滿足斜、坡、彎及異型結構的補強。（3）粘貼FRP加固法與其他類加固法相比，基本不破壞原橋結構的應力分布，能更好的與原結構共同受力。粘貼固化后可在其表面涂一層與原結構一致的涂料，不會對原結構外觀造成影響。（4） FRP能有效地封閉混凝土的裂縫，還可有效防止舊裂縫的擴展與新裂縫的生產。（5） FRP加固后期維護費用低。

當然，采用FRP加固法也有一定的缺陷，主要表現在以下3個方面。（1）目前暫無相關FRP加固的施工規范，施工質量難以控制。（2）用于粘貼FRP的環氧樹脂在溫度大于600℃時粘結強度急速降低，所以要針對性地進行防火處理。（3） FRP的力學特性在受力過程中不存在屈服點和塑性區，屬于具有特殊性能的脆性材料。所以設計中應考慮FRP延性缺失的影響，避免結構應力重分布受到的不利影響。

4結論

總上所述，FRP有很好的加固優越性，也有一些缺陷，但如果設計和施工得當，能很好的減少這些缺陷的影響。對于鋼筋混凝土曲線梁的裂縫超限等病害，采用FRP加固有很好的適應性，而且效果顯著。

參考文獻：

[1]滕錦光，陳建飛，ST史密斯，等.FRP加固混凝土結構[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2]文俊，徐向前.亞洲橋梁加固典型案例分析[M].北京：人民交通出版社，2004：4 -9.

[3]吳西倫.彎梁橋設計[M].北京：人民交通出版社，1990.