浅谈纤维增强复合材料在建筑工程结构加固中的应用

  【摘要】纤维增强复合材料(FRP)在建筑工程中的研究与应用可以追溯到上世纪70年代末。随着各国对FRP在基本建设方面的深入研究,发现FRP具有显著的加固修复效果且施工效率较高。从以下几方面进行了论述:FRP的发展背景、材料特性以及它在混凝土结构、钢结构等工程结构加固修复中的应用。
  【关键字】纤维增强复合材料(FRP);材料特性;发展前景;混凝土结构加固;钢结构加固
  
  1 发展背景及应用领域
  早在1981年,瑞典联邦实验室早采用粘贴碳纤维复合材料(CFRP)加固了Ebach桥,被认为是FRP在建筑工程中应用的开始。而后在对美国旧金山地震、洛杉矶地震、日本阪神地震中被损坏建筑结构修复加固中验证了FRP加固技术的优越性。尤其是在1995年日本阪神地震后,使用CFRP布对受损高速路桥墩柱进行了快速加固,取得良好效果,引起了工程界的广泛关注。1999年日本土木学会成立FRP加固委员会,并完成了使用FRP片材的混凝土维修、加固技术草案,编制了上FRP加筋混凝土和预应力混凝土结构设计指南。到目前为止,已有许多FRP应用于结构工程加固和建设的有关标准规范,FRP加固技术被美国、日本、瑞士、法国、德国等认可和推广。
  目前,FRP在建筑工程领域中的应用有以下几个方面:在工业与民用建筑中,FRP主要作为结构的加固修复材料,用于结构增强,提高建筑物的承载力或耐久性,此项技术已经比较成熟。在桥梁、隧道建设中,FRP筋、网片,可以代替普通钢筋或钢筋网片,解决钢筋、钢丝网片的腐蚀问题;采用FRP预应力加固桥梁上、下部结构,增强结构耐久性和抗震性。基础设施建设规模的不断发展和壮大给予FRP材料更大的发展空间,如玻璃纤维增强材料制品已用于许多基础设施建设工程,包括水利枢纽和港口工程等领域。由于FRP自身具有很好的耐腐蚀性等特点,可以适应长期的恶劣环境,因此可用于近海和寒冷地区的钢筋混凝土结构以解决盐蚀危害。
  2 FRP材料特性
  目前建筑工程所采用的FRP主要有玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、芳纶纤维增强复合材料(AFRP)以及碳纤维增强复合材料(CFRP)。
  与钢材、混凝土等传统建筑材料相比,FRP虽然还属于较年轻的建筑结构材料,但具有不可忽视的优点。其特性主要有一下几点:
  2.1 轻质高强
  FRP突出的优势在于它有很高的比强度,相对密度在1.5