frp約束混凝土力學(xué)性能,研究進(jìn)展

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1、FRP約束混凝土力學(xué)性能，研究進(jìn)展及工程應(yīng)用主講人：何駿煒主要內(nèi)容FRP的簡單介紹FRP的力學(xué)性能CFRP補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土梁FRP的工程應(yīng)用FRP的研究進(jìn)展FRP的簡單介紹FRP:FiberReinforcePolymer纖維復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP,FiberReinforcedPolymer)被譽(yù)為繼混凝土材料之后的又一種重要結(jié)構(gòu)材料,尤其在結(jié)構(gòu)加固技術(shù)方面具有輕質(zhì)高強(qiáng)、施工便捷、維護(hù)方便、耐久性好等優(yōu)點,已成為橋梁工程、房屋建筑等加固改造的研究和應(yīng)用的熱點之一?；炷林迯?fù)加固常用的FRP材料用于結(jié)

2、構(gòu)修復(fù)加固的增強(qiáng)纖維主要有碳纖維(CFRP)、玻璃纖維(GFRP)、芳綸纖維(AFRP)和高彈模碳纖維(HFRP)。芳綸纖維是一種人造合成有機(jī)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(qiáng)和高彈性模量兩種。突出優(yōu)點是具有較好的韌性，主要缺點是抗壓強(qiáng)度較低，大約為其抗壓強(qiáng)度的1/8。此外，對紫外線和濕氣較敏感。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

3、-玻璃）、高強(qiáng)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(yōu)點是價格便宜，突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(chǎn)一種耐堿型的玻璃纖維—AR纖維。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(xué)性能可分為高強(qiáng)度和高彈性模量的碳纖維。碳纖維絲束是由大量連續(xù)、沒有纏繞的纖維絲組成。碳纖維的結(jié)構(gòu)完全不同于石墨的六面

4、體結(jié)構(gòu)。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。近年來，將碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維及環(huán)氧樹脂按照一定的比例制成一種新結(jié)構(gòu)的纖維—混雜纖維，HFRP的彈性模量是鋼的2~3倍,可有效提高混凝土構(gòu)件的承載力和剛度,應(yīng)用較為廣泛,但其斷裂延伸率較低,加固的混凝土構(gòu)件破壞具有一定的脆性。FRP中常用的樹脂是環(huán)氧樹脂EP、乙烯脂VE、聚脂UP，密度一般是1.1~1.4g/cm3。樹脂的主要作用是將纖維粘結(jié)在一起填充纖維間的縫隙，傳遞纖維間的力，防止在壓力

5、作用下纖維屈曲，同時還可以保護(hù)纖維。樹脂一個重要的力學(xué)性能指標(biāo)是樹脂的延伸率。樹脂的主要力學(xué)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(fā)生破壞。FRP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(jīng)過樹脂浸漬的布通常稱為“干布”。根據(jù)編織方式：平紋布、斜紋布、光面布。方向性：單向纖維布、雙向纖維布、多向纖維布。還可分為機(jī)織布、非機(jī)織布。FRP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

6、稱為FRP板條。FRP板材可以應(yīng)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。FRP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。FRP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(xù)纖維以環(huán)氧樹脂等作為基底材料進(jìn)行咬合，此后經(jīng)過特制的模具擠壓、拉拔成型。FRP格柵式FRP筋按照一定的方向組合而成的增強(qiáng)材料，有三維空間結(jié)構(gòu)和二維平面結(jié)構(gòu)兩種

7、。FRP格柵用于混凝土構(gòu)件中作為抗彎、抗剪的增強(qiáng)材料，也可用于混凝土構(gòu)件的體外加固材料。FRP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(yīng)用于長絲所不能適合的領(lǐng)域。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?jié)B性能、抗沖擊及抗震能力，可以廣泛地應(yīng)用于地下工程、工業(yè)與民用建筑工程、道路及橋梁工程中。將長度為2~5cm

8、的短纖維通過化學(xué)粘結(jié)和機(jī)械作用可以制成一種薄片材料—FRP氈墊，氈墊通常寬5cm~2m，寬度大約是0.5kg/m2。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(yù)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(fù)加固方法,可以提高既有混凝土柱的承載力、延性和能量