FRP复合材料在结构加固工程中的应用？
土木工程的发展在很大程度上取决于性能优异的新材料和新技术的应用和发展。在既有结构的加固改造领域，不仅要求材料经济、美观、施工方便，而且要求施工后结构的承载能力能够显著提高。FPR复合材料因其优异的力学性能和广泛的适用性而发挥着越来越重要的作用。
玻璃钢复合材料主要有碳纤维(CFRP)、芳纶纤维(AFRP)和玻璃纤维(GFRP)，其材料形式主要有片材、棒材和型材。玻璃钢的优点有:重量轻、强度高、弹性模量高、抗疲劳性、耐腐蚀性和耐久性好、热膨胀系数低等。另外，FRP复合材料可以节省材料，自由切割，施工方便快捷。虽然初期投资大，但维护费用低，经济效益明显。因此，FRP(片材)复合材料在土木结构加固工程中具有巨大的应用潜力。
1玻璃钢复合材料的基本特性
随着增强纤维材料的发展，碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维已成为当前结构工程中重要的加固材料。下表显示了一些典型FRP(片材)复合材料的基本机械性能。
玻璃钢复合材料的性能是不同的。在抗拉强度和拉伸模量方面，玻璃纤维和芳纶纤维一般比碳纤维低1/3左右。断裂伸长率方面，芳纶纤维一般是碳纤维的2倍左右，玻璃纤维一般比碳纤维高70%左右。在韧性和抗冲击性上，芳纶和玻璃纤维比碳纤维好很多；芳纶和玻璃纤维的耐碱腐蚀性能不如碳纤维。其他方面的性能差异这里就不细说了。
2FRP复合材料在结构加固工程领域的应用
2.1民用建筑、桥梁和工业厂房
由于其优异的力学性能，FRP复合材料被广泛应用于民用建筑和工业厂房的加固，主要包括:①梁的加固。钢筋的作用包括抗弯和抗剪。在抗弯加固过程中，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向一致，一般附着在梁的受拉侧，提高了梁的承载能力。根据相关试验，只要梁不超筋，贴一层AK-60可提高承载力30%左右，贴两层可提高40%。抗剪加固时，FRP复合材料的纤维方向垂直于梁的轴向；(2)板钢筋。一般板材的加固间隙比较高，加固后不会影响外观，所以采用厚度薄、柔软的FRP复合材料进行加固是比较理想的选择。③柱钢筋。芳纶布和玻璃纤维布是理想的柱加固材料。由于它们的弹性模量小，它们的延展性比碳纤维好(弹性模量235 GPA)；而且打磨棱角时一般只需要10mm左右，一般不需要打磨，而碳纤维需要30 mm左右，如果使用芳纶纤维，可以节省很多工时。
2.2地铁和隧道
因为地铁和隧道都是地下结构，所以受力和地面不一样。在隧道的顶板和侧面，它有土压力的作用，也有净空的要求，所以传统的加固方法在修补裂缝时是不可行的，而用芳纶布(不导电)加固维修可以满足它的各种要求，因为地铁或隧道的拱顶或侧墙裂缝一般是多向的、不规则的，这就要求修补材料具有良好的抗剪性能，并且是不导电的材料，所以在隧道地铁中使用芳纶布。
2.3烟囱和水塔
由于正在向高空发展的烟囱水塔，其加固维护特别困难，传统的加固方法(如扩大截面法、粘钢法)基本难以解决此类问题，采用重量轻、强度高、耐腐蚀、耐久性好的复合材料(尤其是芳纶纤维)进行加固是一种很好的方法。
3几种加固方法的比较
3.1放大截面法
这种加固方法是通过增加受力面积来提高结构的承载能力，一般用于一些对净空要求不高的小型结构。这种方法虽然有成本低的优点，但增加了原有结构的自重，同时减小了净空，而且施工周期长，有很大的局限性。目前在较大的项目中很少使用。
3.2粘钢方法
用钢板加固时，一般将钢板粘贴在被加固结构的外缘，封闭粘贴部位的裂缝和缺陷，以限制混凝土的变形。粘钢加固的特点是:①既能提高结构强度，又能提高刚度；②适应被胶铆的结构(钢结构)，适应节点加固；(3)延伸率大，适用于冲击和振动结构加固；④钢板表面处理严格，结合面容易生锈；⑤厚钢板端部的应力集中使混凝土容易剥落。
从上面可以看出，采用这种方法进行加固时必须注意几点:①钢板的尺寸要求非常严格。抗弯性要薄一些，保证与原结构变形相协调；不仅剪切时要厚一些，锚固时也要将端部钢板延伸到较小的应力区域，防止应力集中损害结构的承载能力；(2)粘贴完毕后，钢板边缘裂缝必须进行处理；③对钢板进行防腐处理也是一项长期任务。所以它的成本很高，应用范围有一定的局限性，一般只在刚度要求严格的地方使用。
3.3玻璃钢复合材料方法
FRP复合筋的特点是:①强度高、弹性模量高、厚度薄、重量轻；(2)材料可以任意长、任意交叉，可以适应任意曲面和任意形状的结构；③耐腐蚀性和良好的耐疲劳性；(4)施工简单，与混凝土结合紧密；⑤材料防潮要求严格，不适合加固接缝区域。
在目前的FRP加固市场中，碳纤维所占的比重最大。碳纤维是一种导电的脆性材料，能承受较大的静载荷，但不适用于绝缘要求高的电气化铁路、地铁、隧道。而高强度、高弹性模量的芳纶纤维则没有这样的限制，可以经常承受冲击载荷。芳纶纤维的最终破坏形式是塑性破坏，这也是它的优点。在抗剪切方面也有很大的优势。它以其优良的抗剪性能，一般用于加固桥墩，但芳纶纤维必须用专用陶瓷剪刀切割。
4玻璃钢复合材料选择
4.1环境影响
在高碱度、高湿度地区，应选择碳纤维复合材料，而不是玻璃纤维复合材料；在温度变化较大的地区，玻璃纤维的热膨胀系数与混凝土相近，应选用玻璃纤维；玻璃纤维和芳纶纤维是很好的绝缘体，而碳纤维是导电的。为了避免钢筋的潜在电流腐蚀，碳纤维材料不应与钢筋直接接触。
4.2负载影响
对于经常承受冲击或振动载荷的结构，应首选芳纶纤维和玻璃纤维复合材料，其韧性和抗冲击性能优于碳纤维复合材料。对于需要抗蠕变和抗疲劳的结构，碳纤维复合材料应该是首选。碳纤维材料具有比芳纶纤维和玻璃纤维材料好得多的抗蠕变性和抗疲劳性。
4.3保护层影响
保护层的厚度和类型应根据FRP复合材料的要求来选择。应针对环境阻力(如湿度、温度、冲击、暴露等)采取有效的保护措施。)、施工现场阻力、人为破坏阻力等。，以免降低FRP复合材料的力学性能。保护层通常采用两种方法:①加厚FRP复合材料外面的树脂胶层，提供弹性保护层；②在FRP复合材料外面涂一层高强度水泥砂浆，以保护FRP复合材料不受损伤。
5结论
在我国，各类桥梁和建筑结构的维修、加固和改造将成为今后相当长一段时间内建设项目的重点。目前国内常用的加固方法主要有纤维布复合加固、钢板粘贴、扩大截面等。从以上分析可以看出，FRP复合加固法具有明显的优势和良好的经济效益，将在结构工程中得到广泛应用。
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