韓霖

摘 要：FRP材料質量輕、強度高，使得其在加固領域應用十分廣泛。對FRP材料加固技術進行梳理，按照梁的抗彎抗剪加固、板的抗彎加固、柱的加固、節點加固和墻體加固五個應用類型，以及粘貼加固、嵌入式加固、預應力加固和復合加固四個加固方式，從多個角度對FRP材料加固技術現狀及發展趨勢作了全面分析，以期對FRP材料加固技術的研發提供參考。

關鍵詞：FRP；加固；應用類型；加固方式

中圖分類號：TU5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）04-0022-03

0 引言

經過長時間的使用，建筑結構的安全、適用性和耐久度都會有所降低，建筑的使用壽命也會縮短，影響正常使用。拆除重建會造成重大的經濟損失，因此通常的做法是對建筑物進行維修、加固，使其恢復使用性能。

傳統的加固方法有加大截面法、粘鋼法、外包鋼法、預應力法、噴射混凝土法、增設構件法等。這些加固方法雖然能夠改善結構的剛度、強度和抗震性，但存在明顯的不足。例如：加大截面法和噴射混凝土法加固會使得結構自重過大；粘鋼法和外包鋼法加固又會破壞結構的外觀，對原結構的美觀性造成影響；預應力法加固依賴于預應力的施加是否到位，加固效果有待驗證；增設構件法加固可能會影響原結構的使用功能。基于上述不足，需要研究一種新型的加固技術。

1FRP材料的特點與優勢

FRP是纖維增強復合材料[1]（Fiber Reinforced Plastic）的統稱。按高分子材料來分，FRP可分為碳纖維增強材料（CFRP）、玻璃纖維增強材料（GFRP）和芳綸纖維增強材料（AFRP）等。按材料的形狀來分，可分為片材、棒材和網格狀材料，其中應用最廣泛的是片材[2，3]。

相較于傳統的鋼材、混凝土等結構材料，FRP材料質量更輕、導熱系數更小，且FRP材料幾乎沒有明顯的疲勞極限，即使有了裂縫損傷，其仍能夠繼續承擔荷載作用，力學性能優異，能夠明顯增加結構的耐久性和抗裂性。

相較于傳統的加固方法，FRP材料加固具有強度更高、施工更高效優勢，同時對結構的外觀影響較小。FRP的輕質特性使得加固后的結構不會明顯增加自重和體積。此外，FRP材料加固不受結構類型和形式的影響，任何結構構件均能適用。

總之， FRP材料具有優異的物理性能，同時輕質高強，能夠抵抗疲憊，耐腐蝕；且FRP材料易剪裁，可以根據需要剪裁成任意形狀、任意大小以滿足加固要求，在施工中使用更加方便。因此，FRP材料在建筑工程結構加固應用中有著巨大的潛力。

2 RP材料在建筑工程結構加固中的應用現狀

2.1 FRP材料在結構加固中的應用類型

2.1.1 梁的抗彎、抗剪加固

在梁的受拉面內嵌或外貼FRP材料，可以對梁進行抗彎加固。其具體施工方式是：先對梁底的粘貼區域進行處理，去除松動或薄弱的表層結構，再對外露的混凝土層進行打磨，以提高混凝土與FRP材料之間的粘結可靠度，最后使用專門的膠黏劑貼覆緊密。粘貼FRP板的鋼筋混凝土梁如圖1所示。

用FRP材料進行梁的抗剪加固，方式主要有纏繞加固、U型箍加固、僅在梁側面貼FRP加固等。雖然方式各有不同，但其原理均是利用FRP條對梁側混凝土的緊固力，提高梁的抗剪力。

2.1.2 板的抗彎加固

與梁的抗彎加固類似，板的抗彎加固也是將FRP材料粘貼于板的受拉面。與梁的抗彎加固不同之處在于，由于混凝土板具有一定的長寬尺寸，而FRP材料通常是以條狀或者帶狀形式出現，故在對單向板進行加固時，通常將FRP材料沿混凝土板的短跨方向粘貼，對雙向板進行加固時，通常是沿橫、縱兩個方向粘貼FRP材料。粘貼FRP條帶的混凝土板如圖2所示。

2.1.3 柱的加固

FRP材料在混凝土柱的加固中，比較常用的方法是外包纖維布和條帶，纖維布可以采用單向或雙向形式，由樹脂浸潤后，粘貼包裹在柱的表面，纖維的方向沿柱的環向設置。在進行包裹時，可以采用單層或多層纖維布完全包裹，也可以采用連續螺旋箍或間隔環箍的方式進行局部包裹。外包FRP加固鋼筋混凝柱如圖3所示。

2.1.4 梁柱節點加固

對梁柱的節點進行加固的目的主要是為了提高建筑結構的抗震性能，進而延長建筑的使用壽命。在節點處纏繞或粘貼FRP材料，可以提高節點處的承載力極限，降低節點的裂紋發生開率。節點加固詳圖如圖4所示。

2.1.5 墻體加固

在設計階段，對部分砌體墻結構往往只考慮重力載荷和風載荷，而忽略了地震荷載的作用，因此砌體墻無法很好地滿足抗拉、抗剪及抗彎要求，抗震性能較差。為了提高墻體的抗震能力，通常是在墻體表面沿著對角線方向交錯貼設FRP材料，以提高墻體的抗彎和抗剪性能，減少裂縫的產生。此種方法也可以用于修補已經開裂的墻體。墻體加固詳圖如圖5所示。

2.2 FRP材料的加固方式

2.2.1 粘貼式FRP加固

根據FRP材料對梁、板、柱以及節點的加固應用可知，FRP材料在加固結構構件時，通常有兩種方式：一是將FRP片材沿構件的縱向粘貼設置，以提高構件的抗拉、抗彎性能；另一種是將FRP片材沿橫向粘貼于構件兩側，或將FRP材料設置成U形箍以及環形箍，以提高構件的抗剪、抗壓和抗震性能。上述兩種方法統稱為粘貼式FRP，后續又發展出了嵌入式FRP加固、預應力FRP加固以及復合加固技術。

2.2.2 嵌入式FRP加固

嵌入式FRP加固是先在混凝土表面開槽，然后將FRP筋或FRP板條和樹脂置于槽中，以達到加固目的。

2.2.3 預應力FRP加固

預應力FRP加固結合了預應力加固與FRP加固的優勢，通過對FRP 材料施加預應力，不僅能使FRP高強的優勢能夠得到充分地發揮，還能使結構在使用極限時的狀態能夠得到改善。

2.2.4FRP與鋼板復合加固

由于單獨粘貼FRP加固梁，會使梁的延性大大降低，而單獨粘貼鋼板加固梁，又對受拉鋼筋屈服后梁的抗彎承載力提高有限。考慮到兩種加固方式各有優缺點，可以將這兩者加固方式結合進行復合加固，使FRP材料和鋼板能夠共同協調工作，各自發揮其優勢。

3FRP材料在建筑工程結構加固中的應用發展歷程

FRP材料在建筑工程結構加固中的應用研究主要集中在中國、日本和韓國。其中，日本的研究起步最早，起步于1990年，在1996—2006年間得到了快速發展，但日本對于節點加固申請很少，研究重點主要在于通過粘貼的方式加固梁、板、柱，對于嵌入式加固和預應力加固的研究較少。韓國的研究主要集中在梁、板、柱的加固，對于梁的加固方式在粘貼加固、嵌入式加固和預應力加固方面均有涉獵。

國內對FRP材料在建筑工程結構加固中的應用研究起步較晚，始于2000年前后，經歷了2002—2008年緩慢增長期和2010年至今的高速發展期。這與我國2008年發生汶川特大地震，國家和政府出臺相應的結構修復和加固政策密不可分。相較于日韓兩國的研究范圍局限性，我國在FRP材料用于建筑工程結構加固方面的研究所涉范圍最廣，在梁、板、柱、墻和節點5大應用類型，并對各應用類型下所采用的加固方式均進行了研究。但是研究重點仍集中在梁、板、柱的加固，對于節點加固和墻體加固的研究較少，且對于梁、板的加固重點在于采用預應力加固，而復合加固多用于柱的加固。

在FRP材料應用于建筑工程結構方面，粘貼加固技術出現最早，首次出現在1990年日本的專利申請中，用于加固墻體（JPH04336242A）。隨后，對于粘貼加固的研究主要集中在如何保證FRP的固定效果，并依次提出了通過釘子固定（JPH1058571A）和通過固定器固定FRP材料（JP4314163B2）。考慮到FRP材料粘貼到表面后容易剝離，日本首次提出了嵌入式加固，即在待加固結構表面開槽，將FRP筋或FRP板條和樹脂置于其中來達到加固目的（JP2003176508A）。進一步的，長沙理工大學提出了將嵌入式加固與粘貼加固相結合（CN101691817A），在待加固結構表面間隔開槽，將FRP材料部分至于槽中。

在粘貼加固的基礎上，日本又于2002年提出了預應力FRP加固技術（JP2003328561A），通過對FRP施加預應力，加固后的結構其開裂荷載、屈服荷載、極限荷載的提高幅度遠大于非預應力加固的提高幅度，并能有效改善裂縫的發展。為了保證預應力的有效施加，同濟大學提出了對預應力錨具進行改進（CN102418318A），改進點在于采用卷筒法方式，實現對FRP布材的有效錨固，避免FRP的剪切破壞。

2011年，在嵌入式加固與預應力加固的基礎上，長沙理工大學又提出了嵌入式和預應力加固相結合的方法（CN102304958A）。在采用嵌入式加固的基礎上，對FRP材料施加預應力，能夠進一步提高加固效果。

復合加固最早是由武漢大學提出的，其采用鋼板和FRP材料綜合加固混凝土梁，使鋼板與FRP材料共同協調工作，增強了梁的延性，與采用單一的加固方式相比，顯著提高了梁的承載力。

從上述發展過程看出，我國在FRP材料在建筑工程結構加固的應用研究上，主力集中在高校層面，雖然具備一定的技術儲備，但產學研接合程度有待加強。且各高校的研究重點在于FRP材料的嵌入式加固、預應力加固和復合加固，粘貼加固研究較少，這與通過粘貼方式進行加固在國內外研究比較成熟有一定關系。

4 結語

綜合FRP材料在建筑工程結構加固中的應用發展可知，我國對FRP加固技術的研究仍有較大的可挖掘空間，為了將FRP加固技術能更加標準、規范地用于建筑工程結構加固，還需要進行更深入、更系統的研究。

以后研究方向主要有以下3點：①FRP預應力加固技術有待進一步研究。預應力加固的優勢十分明顯，而將FRP材料施加預應力后再用于加固，可以充分發揮FRP材料的高強度性能，可以有效提高建筑結構的承載力和耐久性。②FRP粘貼加固的施工方法有待進一步改進。現階段，FRP粘貼加固主要采用人工施加膠黏劑實現粘貼，效率低下，且膠黏劑有刺激性，為了提高施工效率，保證施工人員的健康，需要進一步研究機械化的施工方法。③多種纖維材料混合應用的研究有待進一步加強。FRP材料在纖維種類方面具有多樣性，而不同的纖維材料又有不同的特點，后續可以基于不同纖維材料在加固方面的特點，綜合考慮后進行混合應用，以提高建筑結構的承載力，同時又兼顧經濟性和延性改善方面的要求。

參考文獻

[1] 王善元，張汝光.纖維增強復合材料[M].上海：中國紡織大學出版社，1998.

[2] 滕錦光.FRP加固混凝土結構[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[3] 王文煒，趙國藩.FRP加固混凝土結構技術及應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.