1、 工程結(jié)構(gòu)用FRP筋的力學性能 Summary：隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，工程施工中逐漸大量使用新材料和新技術(shù)，這在很大程度上使得工程施工工期和成本支出大大地縮減。眾所周知，鋼筋的易銹蝕特性一直是影響工程結(jié)構(gòu)耐久性最不利的因素之一，而纖維增強塑料筋（FRP筋）具有著耐腐蝕性、抗拉強度高、抗剪強度低和輕質(zhì)等特性，從而能夠在惡劣的施工環(huán)境下，能夠有效地替代普通鋼筋，提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，避免后期因除銹或采用的各種防腐蝕措施而造成不必要的工程成本支出及工程進度的影響。Keys：纖維增強塑料；力學性能；應用；耐久性；鋼筋1、前言常見的工程結(jié)構(gòu)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)都有著各

2、自的優(yōu)缺點。然而實際工程建設中鋼筋銹蝕十分突出的問題，容易造成工程結(jié)構(gòu)過早老化，從而破壞其結(jié)構(gòu)功能。新材料的廣泛應用對土木工程行業(yè)未來的發(fā)展有著舉足輕重的影響。FRP筋正因其具有高抗拉強度、耐腐蝕性、輕質(zhì)、施工方便和耐疲勞等優(yōu)勢，才得以在工程建設領(lǐng)域中受到廣泛的應用，特別是在惡劣的施工環(huán)境下。其中，F(xiàn)RP筋應用最多的是基礎設施和海洋工作中，主要是為了解決鋼筋銹蝕導致鋼筋混凝土耐久性差等問題的發(fā)生。2、FRP筋的基本特點2.1、FRP筋的基本力學性能FRP筋主要是由高性能纖維和基體材料所組成的，纖維是一種增強材料，具有加勁等效果，而基體材料則具有粘結(jié)和傳遞剪力等效果。其中，纖維的種類眾多，主要包

3、括玻璃纖維、混雜纖維、芳綸纖維和碳纖維等四種，而同樣基體材料也是眾多，主要包括聚酰胺樹脂、聚酯、聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂和乙烯基酯等五種。根據(jù)上述所描述的纖維，可知不同種類的纖維所組成的FRP筋類型也是不同的，所以不同類型的FRP筋性能也是有著很大的區(qū)別的，當下的建材市場中最常見的FRP筋主要包括了混雜纖維增強塑料筋（HFRP筋）、玻璃纖維增強塑料筋（GFRP筋）、芳綸纖維增強塑料筋（AFRP筋）和碳纖維增強塑料筋（CFRP筋）這四類，可是作為應用于工程建設領(lǐng)域的一種新型復合材料，其中存在著相當多的共性。因此，F(xiàn)RP筋主要有以下8種優(yōu)點1：密度小，質(zhì)量輕。據(jù)實驗數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)RP筋的密度很小，通常相當

4、于1/61/4鋼筋的密度，這無疑大大地降低了結(jié)構(gòu)的自重，便于施工現(xiàn)場的吊運。然而常見的大跨度橋梁的懸索或斜拉索通常使用的都是FRP索，這一定程度上使得橋梁的橫跨能力得以大大地提升。順纖維方向抗拉強度高。與普通鋼筋相比，則要遠高于，而與之相近的則是高強鋼絲或鋼絞線這類。其中，CFRP筋的抗拉強度最高，一般都有15002400MPa，甚至有的還高達3700MPa。耐銹蝕性。眾所周知，鋼筋是很容易因為銹蝕而導致結(jié)構(gòu)受到嚴重的破壞，而FRP筋則不會，所以說FRP筋是十分合適在惡劣的且具有強腐蝕性的環(huán)境中使用，利用其耐銹蝕性的特性，確保結(jié)構(gòu)的耐久性良好，從而降低后期因銹蝕而需要維護的成本費用。其中，又以

5、CFRP筋耐久性為最好，就算長期處在強酸強堿、潮濕、紫外線強，甚至是多鹽等環(huán)境下，其結(jié)構(gòu)性能的降低也是微乎其微的，因此，CFRP筋是最適合在特別惡劣的環(huán)境下使用。電磁絕緣性好。由于FRP筋是屬于無磁感應的材料，所以說是最佳的代替鋼筋用于工程建設領(lǐng)域的一種新型復合材料，并且能使結(jié)構(gòu)的性能滿足各種特殊要求。減振性能好。復合材料最大的共性則是自振頻率高，因此，工程建設施工時，要做好早期共振的避免措施；況且復合材料的內(nèi)部阻尼是相當之大的，因此引起振動的同時，其衰減速度也是相當之快的。低傳熱性和低導電性。而具有低傳熱性和低導電性的特性只有AFRP筋和GFRP筋，十分適合用于對傳熱和導電等有特殊要求的工程

6、建設項目中去。作為一種復合材料，F(xiàn)RP筋是具備著可設計的條件，可依據(jù)構(gòu)件的不同需求特征來加工成性能不同，且具有一定差異的產(chǎn)品。疲勞性能良好。與鋼筋的疲勞性能相比，CFRP筋與AFRP筋明顯要更優(yōu)，而疲勞性能最好的則屬于CFRP筋。FRP筋除了上述八大優(yōu)勢之外，也是存在著一些劣勢的，主要有以下7種：無塑性。據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)RP筋的應力應變曲線關(guān)系圖可看出，其表現(xiàn)為線彈性。FRP筋的極限延伸率遠低于鋼筋。其中，極限延伸率最低的則為CFRP筋。FRP筋的彈性模量低于鋼筋。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出的曲線關(guān)系圖，并計算匯總得到FRP筋的彈性模量范圍相當大，可是常用的CFRP筋大約只占鋼筋彈性模量的75，而

7、AFRP筋大約只占鋼筋彈性模量的35，最后GFRP筋大約只占鋼筋彈性模量的20。溫度膨脹系數(shù)與混凝土之間存在一定的差別。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，軸向溫度膨脹系數(shù)由大到小依次為GFRP筋、CFRP筋和AFRP筋，而GFRP筋的軸向溫度膨脹系數(shù)與混凝土相當接近。所以溫度變化勢必會導致引起CFRP筋和AFRP筋的預應力混凝土中預應力大量的損失，這是傳統(tǒng)預應力混凝土結(jié)構(gòu)并沒有的損失。FRP筋橫向溫度膨脹系數(shù)均是相對較大的，因此，溫度的過大變化是十分容易導致FRP筋無法與混凝土間很好的粘結(jié)，從而致使混凝土膨脹開裂，破壞整體結(jié)構(gòu)的耐久性。2.2、FRP筋與鋼筋的區(qū)別從上述對FRP筋的力學性能進行分析，不難發(fā)現(xiàn)其

8、與鋼筋的力學性能是有一定區(qū)別的，各種FRP 筋與鋼筋力學性能指標的對比，見下表2.1所示。表2.1 FRP筋與鋼筋力學性能指標類別屈服強度(MPa)極限抗拉強(MPa)彈性模量(GPa)屈服應變(%)極限應變(%)鋼筋2765174836902001.4-2.5612GFRP/48316003551/1.23.1CFRP/6003690120580/0.51.7AFRP/1720254041125/1.94.4FRP筋與普通鋼筋、冷拉鋼絲的應力應變曲線關(guān)系圖，見下圖2.1所示。從應力應變曲線進行分析，可得知在達到極限抗拉強度之前，F(xiàn)RP筋的應力應變的本構(gòu)關(guān)系是呈線性的，沒有出現(xiàn)任何的塑性變形跡象。圖2.1 FRP筋與普通鋼筋、冷拉鋼絲的應力應變曲線四、總結(jié)綜上所述，隨著社會科技的快速發(fā)展，很多新型復合材料的誕生，一定程度上取代了傳統(tǒng)材料性能無法滿足當下建筑的功能需求。因此，與鋼筋對比，F(xiàn)RP筋具有獨特的力學性能，被廣泛應用于工程建設領(lǐng)域中，能充分發(fā)揮出其特性的優(yōu)勢，但也存在著