1、FRP約束混凝土力學性能，研究進展及工程應用1主要內容FRP的簡單介紹FRP的力學性能CFRP補強加固混凝土梁FRP的工程應用FRP的研究進展2FRP的簡單介紹3FRP : Fiber Reinforce Polymer纖維復合材料纖維增強復合材料(FRP, Fiber Reinforced Polymer)被譽為繼混凝土材料之后的又一種重要結構材料,尤其在結構加固技術方面具有輕質高強、施工便捷、維護方便、耐久性好等優點,已成為橋梁工程、房屋建筑等加固改造的研究和應用的熱點之一。4混凝土柱修復加固常用的FRP材料用于結構修復加固的增強纖維主要有碳纖維(CFRP)、玻璃纖維(GFRP)、芳綸纖維

2、(AFRP)和高彈模碳纖維(HFRP)。芳綸纖維是一種人造合成有機纖維，由芬芳聚酰按單向排列而成。芳綸纖維有三種：Kevlar纖維（美國杜邦公司）、Twaron纖維（荷蘭特瓦龍公司）、Technora纖維（日本帝人公司）。芳綸纖維分為高強和高彈性模量兩種。突出優點是具有較好的韌性，主要缺點是抗壓強度較低，大約為其抗壓強度的1/8。此外，對紫外線和濕氣較敏感。5玻璃纖維分為無堿玻璃纖維（E-玻璃）、中堿玻璃纖維（C-玻璃）、高堿玻璃纖維（A-玻璃）、高強度玻璃纖維（S-玻璃）及高彈性模量玻璃纖維（M-玻璃）等。E-玻璃纖維和S-玻璃纖維是土木工程中常用的玻璃纖維。玻璃纖維的主要優點是價格便宜，突

3、出缺點是彈性模量相對較低、不耐堿，長期受力情況下易于斷裂。近年來通過增加氧化鋁的含量來生產一種耐堿型的玻璃纖維AR纖維。6碳纖維有聚丙烯腈（PAN）基、粘膠基及瀝青（Pitch）基三種碳纖維，目前用的最多的是PAN基碳纖維。此外，按碳纖維力學性能可分為高強度和高彈性模量的碳纖維。碳纖維絲束是由大量連續、沒有纏繞的纖維絲組成。碳纖維的結構完全不同于石墨的六面體結構。通常說的石墨纖維代表纖維含碳量在99%以上，而碳纖維則在80%95%。碳纖維的缺點是各向異性，價格比較高。789近年來，將碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維及環氧樹脂按照一定的比例制成一種新結構的纖維混雜纖維，HFRP的彈性模量是鋼的23倍,

4、可有效提高混凝土構件的承載力和剛度,應用較為廣泛,但其斷裂延伸率較低,加固的混凝土構件破壞具有一定的脆性。10FRP中常用的樹脂是環氧樹脂EP、乙烯脂VE、聚脂UP，密度一般是1.11.4g/cm3。樹脂的主要作用是將纖維粘結在一起填充纖維間的縫隙，傳遞纖維間的力，防止在壓力作用下纖維屈曲，同時還可以保護纖維。樹脂一個重要的力學性能指標是樹脂的延伸率。11樹脂的主要力學性能選擇樹脂時，樹脂的延伸率要大于纖維的延伸率，這樣才能保證纖維斷裂前樹脂不發生破壞。12FRP的品種FRP布：粗纖維按照一定的方向編制而成的纖維布，沒有經過樹脂浸漬的布通常稱為“干布”。根據編織方式：平紋布、斜紋布、光面布。方

5、向性：單向纖維布、雙向纖維布、多向纖維布。還可分為機織布、非機織布。13FRP板材：將樹脂、纖維絲按照一定的比例通過高溫固化擠壓而形成的，包括FRP板、FRP板條。寬度相對寬的就是FRP板，寬度相對較小的稱為FRP板條。FRP板材可以應用在梁的抗彎加固及抗剪加固中，在抗剪加固中還可以使用“L”形FRP條帶。14FRP型材：將纖維及樹脂按照一定比例采用拉擠或纏繞工藝而制成的。FRP型材按照截面形式可以分為工字形、L形、槽型、圓形及矩形。15FRP棒材：可以分為FRP筋和FRP格柵。FRP筋按其外形可以分為帶肋鋼筋、表面磨砂筋及纏繞磨砂筋3種類型。 FRP筋是將多股連續纖維以環氧樹脂等作為基底材料

6、進行咬合，此后經過特制的模具擠壓、拉拔成型。16FRP格柵式FRP筋按照一定的方向組合而成的增強材料，有三維空間結構和二維平面結構兩種。FRP格柵用于混凝土構件中作為抗彎、抗剪的增強材料，也可用于混凝土構件的體外加固材料。17FRP短纖維：由纖維長絲短切而成，其基本性能主要取決于原料纖維長絲的性能。較長絲而言，短纖維具有分散局黁、喂料方式多樣、工藝簡單的有點，所以可以應用于長絲所不能適合的領域。18將FRP短纖維加入混凝土或砂漿中可以有效地防止由于混凝土（砂漿）固塑性收縮、干縮、溫度等因素引起的微裂縫，抑制裂縫的開展，大大改善混凝土的抗裂、抗滲性能、抗沖擊及抗震能力，可以廣泛地應用于地下工程、

7、工業與民用建筑工程、道路及橋梁工程中。將長度為25cm的短纖維通過化學粘結和機械作用可以制成一種薄片材料FRP氈墊，氈墊通常寬5cm2m，寬度大約是0.5kg/m2。19從混凝土澆筑和FRP材料粘貼的時間順序看,FRP材料對核心混凝土的約束方式主要有兩種:一種用FRP布或FRP條帶纏繞在既有混凝土柱表面;另一種以混凝土填充FRP布預制管以FRP布或條帶纏繞在既有混凝土柱表面是一種良好的修復加固方法,可以提高既有混凝土柱的承載力、延性和能量耗散能力。可是,現場纏繞的FRP的粘貼層可能存在以下不足:1)粘結劑涂刷不均勻;2)粘結劑不飽滿,粘貼層內有氣泡;3)纏繞不規則,纖維錯列;4)碾壓不連續勻稱

8、,有皺褶;5)局部纖維破損;6)未按材料要求養護等。20這些都會降低FRP粘貼層的工程性能。與此同時,核心混凝土通過粘貼界面向粘貼層傳遞一部分軸向應力,FRP處于環向拉伸和縱向受壓的雙向應力狀態,斷裂應變減小。荷載偏心和應力集中也會導致FRP粘貼層過早破壞,斷裂應力遠小于材料的極限拉伸強度。21FRP的力學性能22物理性能FRP的密度范圍是1.252.1g/cm3，是鋼筋密度的1/61/4，密度低可以減輕FRP的重量，使其易于運輸，便于在施工現場安裝。23纖維種類、纖維含量和樹脂種類是影響FRP線膨脹系數的主要因素。FRP的縱向線膨脹系數和橫向線膨脹系數有所不同，縱向線膨脹系數主要受FRP纖維

9、性能的影響，而橫向線膨脹系數主要受樹脂性能的影響。24關于FRP 的耐高溫性能，美國FRP加固混凝土結構設計指南FRP筋混凝土結構設計指南中建議不宜將FRP使用在高溫結構中。火災發生時，FRP筋埋在混凝土中，因此不能燃燒。但是在高溫狀態下，暴露在外面的FRP將軟化。FRP軟化的溫度稱為“格拉斯轉變溫度Tg”,主要取決于樹脂的種類，通常是在65120。當溫度超過Tg后，由于分子結構的改變，FRP的彈性模量將大大降低。試驗結構表明，溫度在250 時，GFRP、CFRP的強度損失超過20%，抗剪強度和抗彎強度也將大大降低。25對于FRP筋混凝土結構，FRP筋與混凝土之間的粘結是通過表面的化合物來保持

10、的。當溫度接近Tg時，表面化合物的力學性能將大大降低，不再傳遞FRP 筋與混凝土之間的粘接力。試驗結果表明，當溫度為Tg時，拉拔粘結強度降低了20%40%；溫度為200 時，拉拔粘結強度降低了80%90%。Okamoto等在1993年的試驗結果表明，在持載作用下，溫度分別達200 、300 時，AFRP筋、CFRP筋混凝土梁發生了破壞。Sakashita等在1997年的試驗結果表明，當溫度為250300 ，FRP筋混凝土梁發生破壞。26基本力學性能FRP是一種各向異性材料，與纖維主要受力方向平行（軸向）是FRP的主要方向。影響FRP力學性能的主要因素是FRP的體積率、樹脂、纖維方向、尺寸效應、

11、質量控制及制造過程等。FRP的基本力學性能指標包括抗拉強度、抗壓強度及粘結性能。27抗拉強度在FRP中，纖維承受荷載并提供材料的剛度，樹脂主要起到傳遞纖維間力和保護纖維的作用。圖示給出纖維、樹脂及FRP的應力-應變關系曲線。28可看出，FRP的軸向拉伸力學性能表現為線彈性關系，主要因為組成FRP的纖維為線彈性材料。FRP的極限強度要低于纖維極限強度。FRP和纖維的極限拉應變均小于樹脂的極限拉應變，這樣可避免纖維斷裂前樹脂發生破壞。2930FRP的拉伸試驗 試驗結果表明，FRP的拉伸破壞模式有纖維斷裂、樹脂開裂、部分界面粘結破壞、纖維與樹脂發生剝離在各種應力水平下，AFRP和GFRP的破壞模式基

12、本相同，均表現為纖維斷裂，而CFRP的破壞模式表現為上述幾種破壞模式。31 纖維的體積率影響FRP的抗拉強度和彈件模量，對于單向FRP，其抗拉強度及剛度可參照下式計算：32對于在施工現場采用干鋪體系的施工方法，樹脂的使用量、纖維的體積率是不確定的，按照上述兩式計算FRP的彈性模量和抗抗強度將造成一定的誤差，最好的方法是對FRP進行單向拉伸試驗，確定義抗拉強度平均值。33抗壓強度 FRP的受壓破壞模式有橫向受拉破壞、纖維微屈曲破壞及受剪破壞，影響受壓破壞模式的主要因祟是纖維種類、纖維含量及樹脂種類。FRP的抗壓強度相對于其抗拉強度要低。GFRP、CFRP、AFRP的抗壓強度分別是其抗拉強度的55

13、、78、20。34通常情況下，FRP的抗壓強度隨著FRP的抗拉強度增加而增大。 FRP的抗壓彈性模量比其抗拉彈性模量要小，原因是內部纖維的微屈曲。GFRP、CFRP、AFBP的抗壓彈性模量分別是其抗拉彈性模量的80、85、100。35粘結性能 無論將FRP應用在新建結構還是作為補強加固材料，FRP與混凝土之間的粘結無疑是非常重要的一個方面，粘結性能直接影響結構的使用性能和承載能力。影響粘結性能的主要因素有FRP形式、材料性能、幾何尺寸及FRP表面形狀等。36FRP筋與混凝土的粘結主要由三部分組成：1.FRP筋與混凝土的表面粘結力、即化學粘結力2.FRP筋與混凝土接觸面上的摩擦力：3.FRP筋表

14、而不平產生的機械咬合力。37長期性能徐變斷裂: 在持續不變的荷載作用下經歷一段時日(耐久時間)，FRP突然斷裂的現象稱為FRP的徐變斷裂。相對來說，鋼筋不存在徐變斷裂的現象，除了鋼筋在較高的溫度環境下，如火災作用下。隨著持續荷載作用時間的增加，FRP的耐久時間逐漸減少。在惡劣環境下(高溫、紫外線輻射、高堿、干濕循環、凍融循環等)，耐久時間也相對有所減少。在FRP中，CFRP不易發生徐變斷裂，而GFRP最易發生徐變斷裂。38疲勞性能: FRP不易發生疲勞破壞，且不易受外界環境的影響，除非是纖維與樹脂界面之間的粘結作用在外界環境下發生退化。已有的試驗結果表明，每十年的對數時間，CFRP、GFRP、

15、AFRP相對于其靜力強度值分別降低了58、10%、56。經過200萬次的疲勞循環后，CFRP、AFRP的剩余強度分別為其靜力強度的5070、5473： 影響疲勞壽命的主要因素有荷載頻率、平均應力、應力比和外界環境等。試驗結果表明，疲勞壽命與荷載頻率成反比。39頻率越高，纖維與纖維之間的摩擦越大，溫度越高，疲勞壽命降低。例如頻率是1Hz的荷載，疲勞壽命是頻率為5Hz的荷載的十倍。平均應力和應力比也會影響FRP的疲勞壽命。試驗結果表明，平均應力較高或應力比較低將減少FRP的疲勞壽命。40耐久性能 耐久性能是FRP長期性能的個重要方面，對FRP耐久性能的研究主要是通過室內加速試驗來推斷FRP的長期性

16、能：試驗結果表明，CFRP表現出良好的耐久性能；GFRP的耐堿性能比較差，而耐酸性能和凍融循環性能比較好；AFRP除了疲勞性能、紫外線輻射及耐酸性能較差外，其余環境條件下的耐久性能比較好。4142 由于樹脂的存在FRP的耐久性能要優于纖維的耐久性能。將碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維浸泡在溫度為40的NaoH溶液中，120d后剩余強度分別為原強度的95、92、15，而將FRP筋浸泡在同樣的NaOH溶液中，120d后剩余強度分別為原強度的100、98、29。43抗腐蝕性能各種FRP筋均具有非常良好的抗腐蝕性能,適合在強腐蝕環境中工作。結構耐久性能好,后期維修成本低。長期處于酸、堿、鹽及潮濕、紫外線等環

17、境中的性能很少降低,因此適合在惡劣環境中使用。對于水利工程、橋梁、碼頭等潮濕環境或其它侵蝕性環境中工作的結構構件, FRP筋非常適合于用作為鋼筋的替代材料,還是對結構構件進行加固處理良好材料。44FRP缺點1.光面FRP筋粘結強度差 光面FRP筋與混凝土之間的粘結強度極低,因此除無粘結FRP筋預應力混凝土外,必須采用螺紋FRP筋。2. 抗剪強度較低 一般FRP筋的抗剪強度僅有5060MPa,不超過抗拉強度的10%,可以很容易地被剪斷。故在進行FRP筋材料試驗以及將FRP筋作為預應力筋時,需研制專門的錨、夾具。453. 彈性模量較低 這樣,在配有FRP筋的混凝土結構中,如不施加預應力,撓度較大和

18、裂縫開展較寬將是不可避免的。4. 熱穩定性較差 一般來說, FRP筋的彎曲強度在超過一定溫度后將明顯下降,因此在一些特殊的建筑中需專門考慮溫度對FRP筋強度的影響。46但對于一般土木工程中的基礎、擋土墻、灌注樁、地面、樓板、路面和人行道等混凝土結構,因環境溫度不高且變化也較小,使用FRP筋不會受到明顯影響。5. 不便現場加工 FRP筋雖可制成任意形狀,如直線形、直線帶90彎鉤或矩形箍筋等。但由于在生產FRP筋時,均采用熱固性樹脂制作,因而一旦成形后,一般在施工現場將難以改變其形狀(目前正在研究采用熱塑性樹脂制作FRP筋,以克服這一缺點。)476.成本較高 生產制作工藝較復雜,一般需專門的長線擠

19、拉臺座才能完成。單位質量的FRP筋的價格約為鋼筋的812倍不過FRP筋的密度大約是鋼筋的1/4,這樣,單位體積價格約為鋼筋的23倍。當然,隨著FRP筋制作工藝的改進和FRP材料的大批量生產,其價格也將會隨之降低。48碳纖維布補強加固鋼筋混凝土梁49一、試驗研究（一）試驗梁為矩形截面簡支梁，分為兩組，截團尺寸均為bh100 mm200mm，跨度l=2200mm，凈跨 =2000 mm。I組梁：縱筋為2 8 ，設計配筋率為059，箍筋為 6100(僅在剪跨區內配箍)，架立筋為 2 4 ；II組梁；縱筋為2 10，設計配筋率為092，剪跨區及純彎段內箍筋分別為為 6100和 6200，架立筋為 。5

20、0 試驗之前，將試件的混凝土表面進行打磨、平整，去抹12mm的表面疏松層，并將浮灰清除干凈。在正式粘貼碳纖維布前，用丙酮擦洗混凝土表面去脂。隨后，在棍凝土表面涂抹層均勻飽滿的粘接劑，將己裁剪好的碳纖維布粘貼上去，并沿碳纖維受力方向按壓趕出氣泡，以使碳纖維布與混凝土表面緊密粘結。當碳纖維布粘貼層數多于一層時，重復上述過程。51最后，在碳纖維布表面再涂抹上一層粘接劑，上覆塑料薄膜，并用木模板壓緊碳纖維布，一周后待粘結劑完全固化，方可拆模進行試驗。試驗梁的編號及補強加固情況見表4-1和圖4-2，有關尺寸及配筋圖見圖42。525354 混凝土設計強度等級為C20，鋼筋為I級別。鋼筋與混凝土的實測力學性

21、能指標如表4-2所列。55 補強加固材料采用6K碳纖維布，其主要性能指標見表4-3。根據材性試驗發現，碳纖維布直至破壞，其應力、應變始終保持很好的線性關系。因而合分析計算巾，碳纖維布按線彈性考慮。碳纖維布與混凝之間的粘接劑采用環氧類建筑結構膠，其性能指標如表4-4所示。5657（二）加荷方案及試驗測量內容 圖4-3為本次試驗的裝置示意圖。加荷方式為兩點加荷加載點為試驗梁的四分點，由分配梁來實現兩點加載。加載方案采用分級加荷的方式，在接近縱筋屈服應變時，適當增加荷載級別以確定屈服荷載。根據研究目的，個試驗過程中重點量測包括梁跨中截面的平均應變、彎曲裂縫的形態及發展、受拉縱筋及碳纖維的應變、荷載轉

22、角關系曲線及跨中撓度隨荷載的受化。5859（三）試驗結果及分析 1.沿梁高的平均應變 圖4-4為手持式應變儀測得的截面應變沿梁高的分布。在試驗過程中發現，碳纖維布與梁底混凝土未出現分離現象，碳纖維布的實測應變與梁底截面的平均應變基本相同。從圖4-4中可以看出，與普通鋼筋混凝土梁一樣，碳纖維布加固后的梁，在一定標距范圍內，其平均應變的分布可以認為符合平截面假定。因而，在分析和汁算過程中，可以把平截面假定作為一個基本假定。60612.受彎承載力和截面延性 表4-5列出了主要的試驗結果，圖4-5為I組試驗梁受彎承載力比較圖。6263由表4-5和圖4-5可以看出，粘貼碳纖維布后，試驗梁的屈服荷載和極限

23、荷載均有所增長，其中極限荷載的增長更為顯著，如粘貼一層碳纖維布的梁BMI-2的屈服荷載和極限荷戴分別比BMI-l提高208和339%，而粘貼五層碳纖維布的BMI-6則分別提高了811和1194。可見，采取補強加固措施后，梁受彎承載力的增長幅度是隨碳纖維布粘貼面積的增加的增大的，但這種增幅并非沒有限制。64在試驗中發現，粘貼五層碳纖維布的梁BMI-6在破壞時，已開始出現一些類似超筋梁的特征，如破壞較突然，相對受壓區高度接近界線受壓區高度等。因而在結構設計與應用中，布能籠統地認為碳纖維布用得越多越好。 梁受彎承載力的增長也并非與碳纖維布使用面積的增加呈正比。當碳纖維布粘貼層數較少時，增長幅度大度；

24、隨著碳纖維布層數的增加，各層碳纖維并不能完全地共同工作，部分碳纖維的強度沒有完全發揮出來。65另外，碳纖維布用量的增多，還將改變構件的破壞形態。如貼層布的梁BMI-2的破壞始于碳纖維被拉斷，而貼五層布的BMI-6則因受壓區混凝土被壓碎導致構件的最終破壞。 試驗還發現，不同寬度的碳纖維布，即使用量相同，對于試驗梁受彎承載力的影響也是不同的，通常碳纖維布寬度較小時使梁受彎承載力提高較大，如BMI-3與BMI-2的碳纖維用量相同，前者布寬5cm，用者為10cm。66結果BMI-2的屈服荷載和極限荷載分別比BMI-1提而208和33.9，而BMI-3則分別提尚24.5和387。我們認為其原因是分條后有

25、利于碳纖維布中的各纖維束更好地共同工作，因而碳纖維布分條后的使用效率要優于整條碳纖維布。從表4-5中還可以看出，碳纖維布的使用降低了構件的截面延性，因此碳纖維布用于鋼筋混凝土梁的補強加固時，應根據具體的工程的不同要求合理使用。67圖4-6為各試驗梁彎矩-曲率曲線的對比圖683.撓度 圖4-7為各試驗梁在加荷過程中跨中撓度變化的比較。由該圖及試驗數據分析發現：在加荷初期，各試驗梁的撓度相差不多；受拉區混凝土開裂后，尤其縱筋屈服后，未加固試驗梁的撓度急劇增長，而經加固后的梁撓度增氏緩慢。在相問荷載作用下，加固梁的撓度均小于未加固梁的撓度， 且這種差異隨著荷載的增加而加大。破壞時，粱BMI-1的撓度

26、達到40 mm，而加固梁的撓度一般在2535mm之間由此可見，碳纖維布的使用，可以在一定程度上提高構件的抗彎剛度。69704.裂縫開展情況 在試驗過程中，所有的梁均在純彎段內出現明顯的彎曲裂縫。相對于未加固梁BMI-1，補強加固梁的裂縫出現較晚，且發展緩慢。試驗中還對正常使用階段時加固梁的裂縫開展情況做了觀測，發現試驗梁經碳纖維布加固后，裂縫數量多，裂縫寬度小，且間距遠小于未加固梁。表4-6列出了各梁在跨中撓度與跨度之比在1/250左右時開裂情況的實測數據。71725.碳纖維及鋼筋應變 試驗過程中，碳纖維與鋼筋應變在加荷初期很小，受拉區混凝土開裂前僅有200，而且碳纖維的應變略大于受拉縱筋的應

27、變，這符合平截面假定，說明碳纖維與混凝土表面之間并沒有發生滑移。試驗梁開裂后，尤其是縱筋屈服后，兩者的應變開始急劇增加。隨著施加荷載的不斷加大，碳纖維應變的發展速度開始逐漸大于鋼筋應變的發展速度，碳纖維和縱筋之間開始存在應變差。73這種差異在縱筋屈服時為500左右，在此之后差異越來越大，直至臨近梁破壞時的1000-2000 。碳纖維的應變在破壞前可記錄到80009000。圖4-8為鋼筋與碳纖維應變發展的比較圖。74 加固試驗梁與未加固試驗梁中，鋼筋應變發展的對比情況如圖4-9所示。從圖中可以看出，碳纖維布的存在，使得鋼筋的應變發展滯后于未加固梁BMI-1中干凈的應變發展。這種應變滯后在加荷初期

28、并不明顯，當荷載較大時，這種現象將更加顯著。荷載為19KN時，加固梁的縱筋應變最多可比BMI-1中的縱筋減小45%；荷載為20KN時，加固梁MBI-6中縱筋應變為600，未加固梁BMI-1中縱筋應變為1258，碳纖維布的使用使得縱筋應變減小了52%。7576（四）結論 (1)碳纖維布補強加固鋼筋混凝土梁時，截面的平均應變，仍然符合平截面假定。在計算分析中，可以將其作為一個基本假定。 (2)試驗研究證實，使用碳纖維布來提高鋼筋混凝土受彎構件承載力的補強加固方法是有效的。粘貼碳纖維布后，試驗梁的受彎承載力明顯提高，其中極限受彎承載力的提高更為顯著。77 (3)碳纖維布的應用中存在使用效率的問題。試

29、驗研究發現，同樣的碳纖維布用量，分條粘貼的加固效果略好于整條粘貼。 (4)構件受彎承載力隨碳纖維布用量的增加而提高，當碳纖維布使用層數較少時提高幅度相對較大；隨著碳纖維布層數的增多，由于使用效率的影響，這種提高幅度相應減小。78 (5)碳纖維布的用量還將影響受彎構件的破壞形態。當碳纖維布用量過多時，構件破壞將由碳纖維被拉斷引起的破壞轉變為混凝土被壓碎的破壞。同時，由于碳纖維為完全彈性材料，它與鋼筋的共同工作會減弱鋼筋塑性變形對提高構件延性的作用，碳纖維布用量過多時，構件延性有所降低。 (6)粘貼碳纖維布的試驗梁的撓度小于未加固的梁，這說明碳纖維布的使用，增加了構件的抗彎剛度。79FRP的工程應

30、用80碳纖維布加固技術在砌體結構中的應用81 在我國，磚砌體結構得到廣泛的應用，我國住宅建筑大多采用磚砌體承重結構體系。雖然目前對承重墻休材料近行改革，逐步減少磚混結構住宅，但這種成熟的化宅結構形式仍將存在相當長的時期。長期以來，由于多種原因造成磚砌體結構出現不同類型的工程問題，磚房溫度裂縫就是其中非常典型的種。由于設計、施工人員對磚砌體建筑溫度裂縫問題認識不足，重視不夠，使溫度裂縫問題成為磚混結構住宅82使用過程中的通病。隨著近幾年房地產業的迅速發展及住宅制度的改革，住宅建筑的產權私有化，住宅質量將直接犬系到干家萬戶能否擁有一個安定的環境。溫度裂縫雖屬穩定裂縫，般情況下不危及結構的安全，但它

31、引起的墻面滲水等問題仍給居民造成了不必要的心理負擔。嚴重的溫度裂縫破壞了墻體的完整性，削弱整體結構的抗震能力。隨著大氣環境溫度的逐年升高，居民使用空調制冷，使室內溫度降低，從而導致夏季室內外溫差加大，磚砌體住宅建筑更容易出現溫度裂縫。83 通過對國內外磚肩的溫度裂縫資料研究分析及天津等地幾十項上程實例的調查，磚房溫度裂縫產生有其規律性。溫度裂縫主要發生在鋼筋混凝土平屋蓋的磚混住宅建筑中，裂縫的形式有正八字裂縫、斜裂縫、水平裂縫和垂直裂縫等等。多年來，盡管設計及施工人員采取了一定的措施，但溫度裂縫仍頻繁出現。究其原因，溫度裂縫的產生主要是磚砌體與鋼筋混凝土樓板存在初始溫差，而陽光直接輻射會造成更

32、大的溫差。84對于磚砌體結構溫度裂縫的防治應從設計、施工和質量監督三個方面入手，采取有效的措施，預防及減少溫度裂縫的出現。當磚房由于溫度應力導致墻體的開裂后，要觀察一個熱膨脹冷縮周期，待裂縫穩定后，應及時采取妥當的技術措施進行修復。85AFRP加固修補技術可廣泛應用于各種結構類型(如建筑物、構筑物、橋梁、隧道、涵洞、煙囪等)，各種結構形狀(如矩形、圓形、曲面結構等)，各種結構部件(如梁、柱、板、供、殼、墩等)的加固修補，而且不改變結構形狀，不影響結構的外觀。86尤其重要的是，對于一些大型的土木工程結構，加大型橋梁的橋墩、橋梁及橋面板、隧道、大型筒體及殼體結構等，采用原有的傳統加固方法幾乎無法實

33、施，而采用該技術都可以很順利地解決。下圖為國內外應用外貼AFRP布對橋梁、道路、隧道、建筑物或構筑物等多種混凝上結構構件進行補強加固的工程實例。8788FRP在橋梁工程中的加固應用89 通常來說，橋梁結構所處的環境比較惡劣，惡劣的環境(潮濕、凍觸、鹽腐蝕等)將加劇結構構件的損傷如鋼筋銹蝕、混凝土保護層剝落等。已建橋梁經過多年的運營出于混凝土的開裂，混凝土構件的承載能力均有不同程度的下降，不能滿足現代交通的需求。毫無疑問采用FRP加固損傷的橋梁結構足一個行之有效的加固方法，FRP固橋梁結構般可以分為混凝土梁的彎剪加固和混凝土墩柱的加固。90混凝土受彎構件的彎剪加固彎剪加固方法現澆梁混凝土T梁 現

34、澆混凝土T梁受彎加固的方法一般是在梁的受拉底緣粘貼FRP條帶進行加固。需要指出的是，加固時需注意FRP條帶端部的錨固。如果是等截面T梁，可在FRP條帶端部粘貼U形箍錨固；如果是變截面T梁除了在FRP條帶端部處錨固外，在變截面處還需要U形箍錨固。9192 下圖為現澆混凝土T梁受剪加固的兩種方法：一種是在側面粘貼U形箍后再使用角鋼在T梁腹板與翼緣板相交的角部使用螺栓錨固；另一種方法是FRP條帶全包腹板。這是最有效的方法，但是需要中斷交通，破壞T梁的上冀緣板。93預制混凝土T梁 預制混凝土T梁的特點是梁肋的下部是“馬蹄”。在支座處，由于剪力較大，腹板常增寬至與“馬蹄”同寬。受彎加固時，可采用多條FR

35、P條帶加固，同時在條帶的端部設置U形箍筋。94 受剪加固時可采用全包或者U形條帶的加鬧方式(圖1014)。九論傘包還是U形條帶均要有可靠的錨固措施，避免FRP條帶剝離：圖l014(a)中所示的全包加固方法，需要中斷交通破壞上翼緣板，同時在“馬蹄”與腹板相交的角部設置角鋼、螺栓錨固。圖1014(b)所示的U形布加固方法需在上翼緣板與腹板相交的角部、“馬蹄”與腹板相交的角部設置角鋼和螺栓錨固。9596多室箱梁的加固 多室箱梁的受彎加固方法與鋼筋混凝土T梁加固的方法一致，在受拉翼緣粘貼FRP條帶。當端部錨固采用U形箍時，需要破壞下翼緣板，多室箱梁的受彎加固方法如圖10.1.5所示。97 多室箱梁的受

36、剪加固也有兩種方式：條帶全包和側面粘貼FRP式(圖1016)。全包的加固方式不需要額外的錨固措施，但是需要破壞上、下冀緣板。側面粘貼FRP布的加固方式需要在腹板與上、下翼緣板相交的角部設置角鋼和螺栓錨固。98FRP加固板式橋實例 G270橋位于Iron縣32號公路上，該橋足板式鋼筋混凝土橋，修建干1922年，橋長61m，寬549m，每天交通量為1600輛(圖10111)，允許通過荷重為1691kN的卡車車速限值為2414km/h。1990年，G270橋更新了欄桿，增寬橋面至61m。99100 經過多年的使用，該橋左右半幅均出現不同程度的鋼筋銹蝕及混凝土保護層剝落(圖10112)。為了確保該橋的

37、承載力，密蘇里州交通部決定使用CFRP布進行加固。在加固之前，進行廠窒內全尺寸模型的靜載及疲勞荷載試驗，加固之后，對實橋進行了荷載試驗。該橋在1988年5月進行加固，圖l0113為加固的施工情況。101102103FRP加固鋼筋混凝土墩柱應用實例圖1021為Spoleto市附近的上承式鋼筋混凝土拱橋，修建于第二次世界大戰期間支撐橋面的立柱由于鋼筋的銹蝕，混凝十保護層已經剝落(圖1022)，立柱為矩形截面，截面尺寸為400mm*400mm，柱高1.65m范圍內有不同程度的損傷。104 將鋼筋以凝土立柱表面的混凝土消理干凈后，使用無收縮水泥漿填補有缺陷的地方然后在立柱的眾面粘貼一層CFRP布。CF

38、RP布粘貼方向與柱縱向垂直，起到約束混凝土的作用，加固完的立往如圖1023所示。105 圖1024為瑞典Sundsvall附近的一座連續梁橋，修建于1937年其中18根鋼筋混凝土墩柱出現不同程度的混凝土剝落、露筋、鋼筋銹蝕現象(圖1024)。計算分析結果表明，配置的受剪箍筋明顯不足。經過論證、決定使用CFRP布進行加固。 粘貼CFRP布之前，將剝落的混凝土清理十凈然后使用水泥漿修補墩柱缺損的地方，將修補后的墩柱表面清理干凈，涂抹浸漬樹脂、底膠，粘貼CFRP布，最后涂抹一層防護材料。圖102.5為混凝土墩柱施工情況，圖1026為修補充上情況。106107108FRP在結構加固中的研究現狀1091

39、.抗彎加固性能 在混凝土結構的受拉區粘貼 FRP， 可有效提高其承載能力，抑制裂縫擴展。 FRP 加固后混凝土結構的破壞特征與普混凝土結構以及黏鋼加固的混凝土結構有較大的區別，其承載力的計算方法也不相同。 國內外學者的研究主要集中在 FRP加固混凝土梁的抗彎性能、破壞形態、承載力計算、影響參數以及 FRP 加固后混凝土梁的截面變形、裂縫開展等方面。110 近幾年來， 不少學者對負載狀態下 FRP 加固梁展開了受力性能試驗研究和理論分析，試圖建立考慮二次受力的抗彎承載力計算方法、滯后應變及跨中撓度的計算公式。2. 抗剪加固性能在混凝土梁的受剪區側面粘貼 FRP 能有效提高其抗剪能力，工程中常用的

40、受剪加固方法有側面粘貼、U 型粘貼和包裹粘貼 3 種方式，其中以包裹粘貼效果最好111 影響 FRP 抗剪加固性能的主要參數有梁的配箍率、 混凝土強度、FRP 配筋率、梁的剪跨比、FRP 的粘貼方式與錨固性能、FRP 及黏結膠本身的材料性能等。 目前，國內外對抗剪加固的研究主要包括破壞機制和承載力的計算等方面，其中承載力計算的理論模型， 一般是在鋼筋混凝土構件桁架理論模型的基礎上，增加 FRP 對抗剪承載力貢獻項。1123. 抗震加固性能 通過外包 FRP 約束塑性鉸區混凝土以提高混凝土的極限壓應變，可提高構件延性，有利于結構的抗震加固。 目前國內外不少學者進行了外包 FRP 加固混凝土柱、梁

41、柱節點乃至框架的抗震性能試驗研究、理論分析和工程應用研究，提出了相應的 FRP 約束混凝土應力-應變關系的計算模型。 研究表明，側向約束模量和側向約束強度是影響 FRP 約束混凝土結構延性特征和滯回耗能性能的兩個重要參數113 此外 ，Xiao 等在鋼管混凝土和套管混凝土的研究基礎上，首次提出了約束鋼管混凝土的概念， 在這種新型鋼管混凝土柱中，為增強結構的抗震性能，在可能出現塑性鉸的部位設置了 FRP 橫向附加約束。 附加套箍能有效地防止或延遲鋼管混凝土柱中通長的鋼管在塑性鉸區域發生局部屈曲，提高了結構的承載性能與延性，從而改善抗震性能。1144.抗疲勞加固性能 FRP 片材加固構件的疲勞分為

42、彎曲疲勞和剪切疲勞 2種，根據荷載形式又可分為常幅荷載和變幅荷載下的疲勞問題。 FRP 片材加固構件的疲勞強度，除了與原有混凝土結構的抗疲勞能力有關外，還與 FRP 加固部分的疲勞斷裂能力以及 FRP 片材與混凝土界面的抗疲勞破壞能力有關。115混凝土抗彎疲勞理論可以用來評價原有混凝土結構的抗疲勞能力，FRP 片材自身的抗疲勞能力可以通過材料力學實驗解決 ，但關于 FRP 片材與混凝土的界面的抗疲勞破壞能力的研究積累甚少，目前僅有少量試驗結果，這些研究表明 ，在重復 、移動荷載作用下，界面的黏結能力有下降的趨勢。1165.預應力技術 對于撓度過大的受彎構件或開裂嚴重的混凝土梁、 板，簡單的 F

43、RP 貼片加固法難以有效地增強其剛度，材料的作用得不到充分利用。 采用預應力 FRP 加固技術可平衡加固梁的部分荷載，有效減少加固梁的撓度變形，延緩梁開裂，減少裂縫寬度，降低早期剝離破壞的可能性，提高梁的承載力。117 目前，一些學者對 FRP 預應力加固技術在不同負載下的 FRP預應力張拉工藝、端部錨固措施、預應力損失及承載力計算、界面應力傳遞及抗疲勞性能等方面進行了一些試驗研究和理論分析，并開始了工程實際應用。1186.耐久性加固性能耐久性研究涉及 FRP 耐久性、FRP 與混凝土黏結耐久性、FRP 筋、布、板、管加固混凝土構件耐久性的研究等。1） FRP 耐久性對 FRP 在不同溫度、濕

44、度、酸堿環境下的性能研究表明，經過溫度與濕度暴露后，CFRP 的彈性模量、抗拉強度、極限應變沒有降低；GFRP 在經過溫度循環后，彈性模量和抗拉強度沒有下降，但延性降低，有脆化的趨勢119 堿性介質對高強復合玻璃纖維材料的抗拉強度基本沒有影響，而在酸性介質中存放短時間后，試件抗拉強度有所下降，但經過較長一段時間后強度又有所回升，兩種腐蝕介質對 FRP 的拉伸彈性模量影響不大2） FRP 與混凝土黏結耐久性研究 FRP 與混凝土之間界面性能的試驗方法有多種，如正拉黏結強度試驗、剪切黏結強度試驗、梁試驗、修正梁試驗， 試驗方法不同對所得到的黏結強度有不同程度的影響。120正拉和剪切黏結強度試驗方法

45、比較簡單，被廣泛采用。研究表明，酸對 FRP 與混凝土黏結界面的影響比堿嚴重；采用FRP 加固受到凍融損傷的混凝土結構時 ，FRP 與混凝土的黏結強度會有所下降；FRP 加固混凝土結構在受到凍融循環影響時，FRP 與混凝土結構的黏結強度會降低； 在 FRP 與混凝土結構產生同樣的相對滑移時，受到凍融循環影響的 FRP 與混凝土的黏結力比未經受凍融循環影響的 FRP 與混凝土的黏結力有較大幅度的下降。1213） FRP 外部加固混凝土構件的耐久性國內外對 FRP 加固混凝土構件的耐久性能開展了多項內容的試驗研究，研究參數包括構件類型（梁、柱）、FRP 類型（AFRP，CFRP，GFRP）、粘貼方式 （環向 、軸向 ）、環境類