谈土木工程FRP复合材料在土木工程中运用

论文导读：P和其它材料组合而成的结构进行了大量的研究，例如FRP桥板、FRP管约束混凝土柱、桩以及FRP索等结构。与钢材相比，FRP也有其自身的缺点，如较高、线弹脆性性能、弹模强度比较低以及防火性能差，但这并不明显影响其用于既有结构的修复加固：首先，对于结构加固的总费用来说，材料并不是唯一的决定因素；其次，在加固应用中
摘要:FRP复合材料（Fiber Reinforced Plastic，FRP）在土木工程中的应用，这是土木工程领域的前沿课题之一，对于这一领域的研究工作，目前国内刚刚起步，文中综述了FRP在现代土木工程中应用的研究，并展望FRP应用前景。
关键词：FRP；土木工程；工程应用
Abstract: FRP composite ( Fiber Reinforced Plastic, FRP ) application in civil engineering, which is one of the frontiers in the field of civil engineering, to the research work in this field, currently has just started, this paper summarizes the application of FRP in modern civil engineering research, and the prospect of FRP application prospect.
Key words: FRP; civil engineering; engineering application
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FRP材料的特点
FRP是由多股连续纤维，如玻璃（Glass）纤维、碳（Carbon）纤维及芳纶（Armid）纤维等，采用基地材料胶合后，经过特制的模具挤压而成型，或将上述纤维编织成布，用粘结剂糊制而成不同形状的材料。常见的FRP包括玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）和芳纶纤维增强塑料（AFRP）等。
FRP在土木工程中的应用
近年来，纤维增强复合材料（FRP）在既有结构的修复加固以及新建结构中得到越来越广泛的应用。与钢材相比，FRP具有较高的强度质量比和良好的耐腐蚀性能，因此，外贴FRP修复加固结构的技术得到了广泛的应用。此外，FRP的优越性能在新建结构中也得到了体现，国际上已对全FRP结构以及FRP和其它材料组合而成的结构进行了大量的研究，例如FRP桥板、FRP管约束混凝土柱、桩以及FRP索等结构。
与钢材相比，FRP也有其自身的缺点，如较高、线弹脆性性能、弹模强度比较低以及防火性能差，但这并不明显影响其用于既有结构的修复加固：首先，对于结构加固的总费用来说，材料并不是唯一的决定因素；其次，在加固应用中FRP通常用于抵抗拉力；第三，FRP用于桥梁加固时，其耐火性能并不重要，而FRP用于建筑结构时，可通过限制加固量，使结构在FRP高温失效的情况下仍有足够的承载力。同时，也可采用防火涂料来提高加固结构的耐火性能。
FRP在既有土木工程中的应用
FRP在既有土木工程中的大规模应用始于20世纪80年代，尤其是在经历了洛杉矶和阪神等几次大的地震后，不少国家都在既有建筑结构和桥梁结构的修复和抗震加固中大量采用FRP材料。在欧美发达国家，这项技术已经进行了普遍的应用，英国在1997年就有30座桥和结构物采用了FRP增强纤维加固技术。我国是于1997年开始对纤维片材加固混凝土进行研究的，由于其优良的力学性能和经济有效的加固效果而很快被接受，很多高校和科研结构都开展了有关FRP加固性能的研究。常见的FRP加固形式，见图

1.1。主要应用形式如下：

（1）梁、板
采用FRP对受损混凝土梁或板进行修复加固是非常有效的途径之一。一般是在混凝土梁板拉应力出现部位利用环氧树脂粘贴FRP布。如何保证FRP与加固后混凝土的有效粘结是进行梁板结构修复源于：论文 格式www.7ctime.com
加固时的关键问题之一。
（2）砌体结构和剪力墙结构
众多的古建筑采用了砌体结构，为了保护这些历史文物，常常需要对既有结构进行修复加固，采用FRP可以取得良好的效果。另外，对剪力墙结构的加固也可取得不错的效果。
（3）柱
进行修复加固时，FRP纤维布沿柱子环向缠绕，并用环氧树脂将其与既有混凝土粘结。
图

1.1 常用的FRP加固形式示意图

FRP在新建结构中的应用
相对于修复加固而言，目前已将FRP材料直接应用于工程。FRP作为新建结构的增强材料，其应用形式主要论文导读：程。但是FRP筋在应用时也存在着以下缺点：FRP筋为脆性材料，没有普通钢筋那样的屈服平台，因此构件的破坏具有一定的脆性；FRP筋弹性模量较小，对于初始裂缝的抑制非常不利；使用FRP筋构件的侧向抗力较差等。（3）FRP型材FRP型材主要指的是壳、板和管材，见图3。内填混凝土的FRP壳体系的结构构件，薄壳由CFRP环氧树脂预制而
以FRP筋、各种类型的型材及混凝土添加料为主。
（1）FRP筋代替钢筋
FRP材料在长期恶劣的环境下具有良好的耐腐蚀性。美国在20世纪60年代初，最早对混凝土梁中使用FRP配筋进行了应用与研究，其研究重点是用GFRP材料解决近海地区的钢筋混凝土结构遭受盐蚀危害的问题。日本在20世纪70年代进行了FRP应用的开发，现已开发出FRP筋、FRP绞线等产品，见图2。我国在这方面的研究尚处于初始阶段，主要针对FRP筋与混凝土之间粘结性能的影响进行了初步的探索性研究，并进行了有关配筋率对混凝土梁力学性能影响的试验研究。

图2FRP筋
（2）FRP代替预应力筋
FRP筋具有轻质高强、抗腐蚀、低松弛、非磁性、抗疲劳等优点，因此使用棒材形式的FRP筋或索做为预应力筋，可以解决普通预应力钢筋锈蚀及疲劳等问题。在桥梁工程中，FRP筋或索可以用做悬索桥及斜拉桥的缆索，预应力混凝土桥中的预应力筋，甚至可以用做整个桥梁体系。虽然FRP直接成本高，但因其施工速度快，交通中断时间短，后期维护工程量小，从而使其在整个使用周期中的成本比现有方法降低。
20世纪80年代，美国的Cornell大学成功地进行了预应力FRP筋小比例梁的试验，并开发出GFRP筋以及相应的连接锚固技术。到目前为止，美国设计施工了多项供研究和示范用的工程，包括预应力桥面工程和房屋修缮等工程。
但是FRP筋在应用时也存在着以下缺点：FRP筋为脆性材料，没有普通钢筋那样的屈服平台，因此构件的破坏具有一定的脆性；FRP筋弹性模量较小，对于初始裂缝的抑制非常不利；使用FRP筋构件的侧向抗力较差等。
（3）FRP型材
FRP型材主要指的是壳、板和管材，见图3。内填混凝土的FRP壳体系的结构构件，薄壳由CFRP环氧树脂预制而成，混凝土在现场浇注，壳对混凝土起增强和模板的作用，混凝土承受压力，使薄壳构件保持稳定且对相连构件起锚固作用。

(a) FRP板 (b) 冷却塔专用FRP板
图3 FRP板的应用
（4）FRP纤维混凝土
研究发现，混凝土中存在的裂缝是混凝土结构寿命及承载力降低的主要原因。在混凝土中掺入适量的FRP纤维丝，可以减少裂缝数量及宽度，从而使混凝土的性能得到大幅度的改善，主要表现在以下几个方面：可以减少混凝土的早期收缩，提高混凝土的抗拉强度，提高混凝土的抗渗性能，增强其抗冻融能力。与碳纤维和芳纶纤维相比，玻璃纤维成本较低，新的耐碱玻璃纤维的发明克服了早期的玻璃纤维在混凝土碱性环境中其后期强度急剧降低的缺点，因此现阶段在我国具有很大的推广应用价值。
参考文献：
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