【摘要】：本文描述了FRP材料的的概念，介绍了FRB的主要特点，分析了FRP复合材料在结构加固工程中的应用领域，提出了FRP在结构加固研究与应用中亟需解决的关键技术，对FRP 加固技术展望进行了
【关键词】：FRP；土木工程；结构加固
【 abstract 】：This paper describes the concept of FRP materials, this paper introduces the main FRB characteristics, analyzed the FRP composite materials in the application fields of structural strengthening project, and puts forward the FRP structure strengthening in research and application to be solved the key technology, strengthening technology of FRP prospects
【 key words 】 : FRP; Civil engineering; Structure strengthening
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号
引言
土木工程学科的发展,在很大程度上依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。在已有结构的加固改造领域,不仅要求材料经济美观、便于施工,且要求施工后的结构承载力能够明显提高。而FPR复合材料以其优异的力学性能和广泛的适用性发挥着越来越重要的作用。
FRP(fiber reinforced plastics)复合材料主要有碳纤维(CFRP)、芳纶纤维(AFRP)及玻璃纤维(GFRP)等,其材料形式主要有片材、棒材和型材。FRP的共同优点是:轻质高强、高弹模、抗疲劳、耐腐蚀耐久性能好、热膨胀系数低等。另外,FRP复合材料可以节省材料、自由裁剪、施工方便且速度快,虽然其前期投资较大,但维护成本低,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应用潜力巨大。
一、FRB的主要特点
（一)抗拉强度高。三种FRB的抗拉强度均明显超过了钢筋，与高强钢丝差不多，且在达到抗拉强度之前，几乎没有塑性变形产生。
(二）抗腐蚀性和耐久性好。与钢材相比，FRB均具有很好的抗腐蚀性和耐久性，因而可提高结构使用寿命，尤其用于腐蚀性较大的环境效果更为显著。
（三）自重轻，施工方便。FRB密度仅为钢材的25%左右，这样，当建筑结构中采用FRB时，施工非常方便，可降低劳动力费用。当用于旧有结构的维修加固时效果更为明显。
（四）热膨胀系数与混凝土相近。这样当环境温度发生变化时，FRB与混凝土协同工作，两者间不会产生大的温度应力。
（五）弹性模量小。FRB的弹性模量约为普通钢筋的25%―70%，这样，混凝土结构的挠度较大和裂缝开展较宽将不可避免。
（六）抗剪强度低。FRB抗剪强度很低，通常不超过其抗拉强度的10%左右，在将FRB用作预应力筋以及进行FRB的材性试验时，相应的锚、夹具需专门研制。
（七）材料较为昂贵。由于FRB的生产制作工艺较复杂，一般需采用专门的长线挤压台座才能完成。通常，FRB筋中纤维含量为70%―80%，树脂占，纤维含量愈高，FRB强度愈高，但挤压成型时愈困难。以 9mm直径的 为例，其中包含了约12 万根的连续纤维。
二、FRP复合材料在结构加固工程中应用领域
（一）民用建筑、桥梁及工业厂房
FRP复合材料因其优异的力学性能,在民用建筑及工业厂房的加固中应用很多,主要有:①梁加固。加固的作用包括抗弯和抗剪。在进行抗弯加固时,FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向一致,一般贴在梁的受拉侧,已提高梁的承载能力。据有关试验得出,只要该梁不是超筋梁,贴一层AK-60可以提高承载力30%左右,贴两层可以提高40%左右;在进行抗剪加固时,FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向垂直;②板加固。一般对于板的加固净空要求比较高,而且加固后不影响其外观,所以用厚度很薄且柔软的FRP复合材料进行加固是一种理想的选择;③柱加固。芳纶纤维布、玻璃纤维布是比较理想的柱加固材料。因为它们的弹模小,相对于碳纤维(弹模235Gpa),其延性较好;并且,在进行棱角打磨时一般只需要10mm左右,一般不需打磨,而碳纤维则需要30mm左右,若采用芳纶纤维就可以节约很多工时。
（二）地铁、隧道
因地铁和隧道是一种在地下工作的结构,所以它的受力与地面结构是不一样的。在洞顶和洞侧,它都有土压力的作用,而且也有净空的要求,所以进行裂缝修补时,传统的加固方法不可行,而用芳纶纤维布(不导电)进行加固维修就可以满足它的各方面要求,因为在地铁或隧道的拱顶或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的,这就要求修复材料必须具有良好的抗剪性能,而且还是一种不导电的材料,所以芳纶布在隧道地铁工程中是一种最佳的选择。
（三）烟囱、水塔
由于烟囱水塔这样向高空发展的结构,加固维修特别困难,传统加固方法(如扩大截面法、粘钢法)基本上很难解决这样的问题,而采用轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的复合材料(尤其是芳纶纤维)进行加固,就是一种很好的方法。
三、FRP在结构加固研究与应用中亟需解决的关键技术
（一） FRP材料技术
1.高性能FRP改性技术
CFRP和AFRP的强度高，韧性差。GFRP可满足工程结构韧性要求，但模量和强度低。如何通过对不同纤维材料的复合改性，使其具有高性能(高强、高模、高耐久性，以及良好的韧性等)的同时又具有低成本和良好的环境亲和性，是一项影响FRP在土木工程中应用的关键材料技术。该技术一旦获得解决，将给土木工程材料技术带来革命性的变革。
2.高性能FRP关键配套材料和设备开发
除解决FRP复合材料改性技术．生产出适合于土木工程应用特点的材料外．还须解决相配套的关键材料与设备技术问题，主要包括特种粘贴树脂基体结构设计、材料合成技术、高性能FRP复合材料筋／索锚具及预应力张拉设备的研制。目前已有科学工作者关注到这一点，但研究成果很少。
（二）FRP加固设计技术
由FRP材料制成的板、壳及薄壁杆件的力学性能不同于传统材料制成的结构构件。基于匀质材料的经典弹塑性力学及板壳理论，不适用于分析复合材料结构构件，越来越多的学者转向复合材料力学研究。与传统材料结构相比，复合材料结构设计参数非常多。不同的设计参数组合可以导致结构力学性能的极大差别。目前绝大部分的研究成果还停留在试验研究阶段。缺少快速有效的加同设计技术，虽然有学者做出了有益的尝试．但是还很不够，离应用还有很大距离。
（三）FRP加固施工技术
近年来在国际兴起的FRP加同现有结构技术，其简便的施工工艺和优良的加固效果得到土木工程界的普遍好评。尽管FRP在结构加固补强方面已取得很多成果，并得到广泛应用，但仍有很多问题尚待解决。制约着其发展与更广泛应用，其中主要包括界面受力性能与预应力加固补强技术。
（四）FRP检测评价技术
目前．世界上还没有建立一套大家公认的土木工程用高性能FRP试验检测与评价技术体系．而中国在该方面的成果则更少。材料的试验检测、评价技术是一切材料工程应用的基础．检测技术与标准的缺失是影响FRP大量应用的重要障碍。
四、FRP 加固技术展望
FRP加固技术具有很大的发展空间及应用前景 , 其研究和应用应该注意以下几个方面。
（一）在对单一品种高性能 FRP复合材料研究与应用的基础上 , 更加重视与强调由不同种类高性能FRP复合材料混杂与复合后的改性问题。目的在于克服材料本身弱点 , 充分发挥其性能 , 使之更适用于现代加固工程的特点 , 并满足实际需要。
（二）为更好利用 FRP高强高性能的特点 , 更强调采取预应力的方法用于结构加固。预应力 FRP施工方面的研究应一步深入开展 , 使加固设计更加灵活 , 以满足更高的加固补强要求。
（三）FRP材料国产化以降低工程造价是十分紧迫的事情。另外 , 高性能 FRP 复合材料如 FRP筋、索、棒材等型材的开发及其关键配套材料和设备技术问题也必须解决。
（四）标准与规程的缺乏将会限制 FRP 加固技术在国内的发展 , 所以必须加快制定有关的技术标准与规程 , 使得材料的生产、使用、检验、加固设计、工程施工与验收等一系列工作有章可依。
【参考文献】
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。