FRP在建筑結(jié)構(gòu)加固施工中的應(yīng)用探析

梅寶瑞

摘 要：受外部環(huán)境及自身特性影響，建筑結(jié)構(gòu)隨著使用時(shí)間的延長，會逐漸出現(xiàn)變形、破損、老化等諸多問題，這些情況不僅僅影響建筑美觀，降低使用性能，嚴(yán)重時(shí)還會引發(fā)安全事故，終止建筑設(shè)施的使用壽命。FRP作為新型材料，在建筑結(jié)構(gòu)維修補(bǔ)強(qiáng)方面有著十分突出的表現(xiàn)。文章針對FRP在建筑結(jié)構(gòu)加固施工有關(guān)問題進(jìn)行探討，分析了FRP加固技術(shù)的基本概念，詳細(xì)闡述了FRP在建筑結(jié)構(gòu)加固施工領(lǐng)域的諸多應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；加固施工；工程建設(shè)

引言

環(huán)境保護(hù)、綠色發(fā)展的理念已經(jīng)成為當(dāng)前人類社會的共識。在建筑行業(yè)，使用環(huán)保建材，延長建筑使用壽命，降低資源消耗與廢棄物排放，提高資源回收利用效率，逐漸成為人們開展建筑工程生產(chǎn)活動(dòng)的重要發(fā)展方向。我國是建筑產(chǎn)業(yè)大國，每年都有大規(guī)模的建筑工程開工建設(shè)，同時(shí)有大量建筑因?yàn)槠茡p、老化的原因需要維修。建筑維修改造材料市場空間十分廣闊。由此促進(jìn)了新型建材的研究開發(fā)工作。在諸多新型建材之中，纖維增強(qiáng)材料（英文簡稱FRP）以其優(yōu)異的使用性能、廣泛的適用性、良好的加工性能以及較好的環(huán)保性成為建筑企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。

1 FRP加固技術(shù)基本概念

FRP是英文Fiber Reinforced Polymer/Plastic的簡稱，即纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。從組成結(jié)構(gòu)上看，F(xiàn)RP主要包括兩個(gè)部分，一是同向性纖維作，二是高性能聚合物。纖維作為骨架，高性能聚合物作為基材充斥其間，構(gòu)成類似鋼筋混凝土的復(fù)合材料。由于引入了纖維結(jié)構(gòu)，聚合物的性能，特別是機(jī)械性能發(fā)生了巨大變化，進(jìn)步顯著，因此，再加上良好的適用性和加工性能，故而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事國防、醫(yī)療科研等諸多領(lǐng)域。用于生產(chǎn)FRP的纖維和聚合物種類繁多，僅纖維一項(xiàng)，就有碳纖維（CF）、玻璃纖維（GF）和芳綸纖維（AF）等多個(gè)類型。從外觀上看，F(xiàn)RP的表明即可是光滑如鏡的平面，也可以是網(wǎng)格狀，或者是與軸線垂直的螺旋紋狀。將FRP其剖開，其界面可以呈現(xiàn)出棒狀、薄板及織物形多種形態(tài)。FRP之所以具有如此多樣的結(jié)構(gòu)、外觀形態(tài)，主要是由于其加工生產(chǎn)工藝和纖維的形態(tài)不同所導(dǎo)致的。

1.1 FRP的性能特性和粘貼FRP加固法的功能特性

FRP材料的兩大組成，纖維和高分子聚合物，通常都擁有良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能，而在機(jī)械性能可以媲美金屬材料的同時(shí)，其化學(xué)合成產(chǎn)物的特點(diǎn)也決定了其具有密度低、無磁性等特點(diǎn)，從而使得在越來越多的領(lǐng)域，F(xiàn)RP成為金屬材料的替代品，對于降低資源消耗，減輕環(huán)境壓力具有很大作用。

粘貼FRP加固法是在建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的FRP使用技術(shù)，在耐腐蝕性、耐疲勞性、密度、比強(qiáng)度等方面表現(xiàn)優(yōu)越。同時(shí)，施工操作難度低，工程施工周期短，對人力要求不高等也是粘貼FRP加固法得以在建筑施工領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用的重要原因。

1.2 粘貼FRP加固法的工程應(yīng)用

粘貼FRP加固法在國內(nèi)建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)歷了較長的一段時(shí)間，在房屋、橋梁、筒倉、高速公路等混凝土結(jié)構(gòu)建筑物與構(gòu)筑物的修復(fù)及加固方面經(jīng)驗(yàn)較為成熟。國家也先后出臺了《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2006）、《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146：2003）等規(guī)范性文件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對粘貼FRP加固法的使用作出了指導(dǎo)和約束。在具體實(shí)施時(shí)，主要有兩種類型，一種是使用棒材作為鋼筋的替代物用于體外預(yù)應(yīng)力加固，另一種是使用片材覆蓋粘貼在建筑構(gòu)件外部，用以代替樹脂。在諸多應(yīng)用形式中使用最多的是超薄可卷布狀碳纖維布，該種工程材料采用碳纖維聚合物CFRP制作而成，厚度一般為0.05毫米到0.4毫米之間。

2 FRP在建筑結(jié)構(gòu)加固施工中的應(yīng)用

FRP在建筑工程結(jié)構(gòu)加固施工中的作用，主要是通過采用粘貼FRP加固法對各類混凝土構(gòu)件以及墻體進(jìn)行加固維修來實(shí)現(xiàn)的。下面就針對各種粘貼FRP補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)進(jìn)行簡要說明。

2.1 混凝土梁的抗彎加固和剪切補(bǔ)強(qiáng)

混凝土建筑梁的補(bǔ)強(qiáng)是FRP在建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域最常用、最主要的應(yīng)用之一。具體包括抗彎性能和前切補(bǔ)強(qiáng)兩個(gè)方面：

（1）抗彎加固。FRP的混凝土梁抗彎加固是通過在梁的受拉面內(nèi)嵌或外貼FRP來實(shí)現(xiàn)的。施工時(shí)，F(xiàn)RP和混凝土構(gòu)件間要使用專門的膠黏劑，以保證二者的貼覆緊密，牢固可靠。如果是對連續(xù)梁進(jìn)行承載力加固，則需要在其負(fù)彎矩區(qū)內(nèi)進(jìn)行FRP的內(nèi)嵌或外貼作業(yè)。對于混凝土梁使用螺栓錨固或U型FRP條帶錨固的場合，則應(yīng)該注意對FRP的保護(hù)，避免發(fā)生斷裂、破壞等情況發(fā)生。

（2）剪切補(bǔ)強(qiáng)。FRP剪切補(bǔ)強(qiáng)的方式有很多種，比如纏繞加固、U型箍加固、雙L型FRP板加固、僅在梁側(cè)面貼FRP加固等。無論哪種形式都有兩種實(shí)現(xiàn)方法。一是在混凝土梁的縱向方向上每隔一段距離設(shè)置FRP條帶，二是FRP整截面布置。部分情況還可以采取在U箍或側(cè)面FRP端部加壓條等錨固措施的加固形式。上述方法原理都是通過貼覆于梁側(cè)面的FRP條對混凝土梁的緊固作用，提升梁的抗剪切能力。

2.2 柱的加固

在柱體表面上纏繞FRP，形成一個(gè)包裹柱體的混凝土的封閉的FRP桶裝保護(hù)層，可以顯著提高柱體的軸心抗壓強(qiáng)度、抗震能力及其延性。如果加固的柱體不是呈圓柱狀，而是存在棱角，比如是方形柱體。在加固作業(yè)前需要對柱體表面進(jìn)行特殊處理，特別是要對邊棱處進(jìn)行倒角加工，保證曲率半徑不低于20毫米，施工時(shí)要放置FRP受力不均發(fā)生斷裂。

2.3 混凝土板的補(bǔ)強(qiáng)加固

如果是混凝土單向板，其抗彎補(bǔ)強(qiáng)可以按照混凝土梁的抗彎加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行施工，將FRP貼覆在混凝土板的受拉部位，并做好加固保護(hù)，放置FRP層破壞。如果是混凝土雙向板，在進(jìn)行粘貼FRP補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，需要注意外貼板加固板極限承受力與剛度的增長要與外貼板平面尺寸的增長保持一致。

2.4 節(jié)點(diǎn)加固

節(jié)點(diǎn)加固主要是用來提高建筑的抗震性，延長混凝土框架使用壽命。前者是通過節(jié)點(diǎn)的承載力上限和延性來實(shí)現(xiàn)，后者則是通過靜態(tài)FPR加固法來強(qiáng)化混凝土框架的承載力和剛度，從而減低節(jié)點(diǎn)發(fā)生開裂的幾率。

2.5 墻體加固

部分砌體墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)階段缺乏對地震載荷的考慮，單純對重力載荷和風(fēng)載荷進(jìn)行了設(shè)計(jì)，導(dǎo)致墻體的抗拉、抗剪及抗彎強(qiáng)度較低，抗震性能較差。針對這個(gè)問題，在砌體墻和剪力墻墻體表面上沿著斜向方向用FPR交錯(cuò)粘貼，可提高墻體抗彎和抗剪切能力，減少裂縫產(chǎn)生，提高墻體抗震能力。這種在墻體上粘貼FRP的方法，對于已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的墻體，也具有修補(bǔ)作用。

3 結(jié)束語

經(jīng)過多年的發(fā)展，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)從一開始的單一型纖維增強(qiáng)材料發(fā)展到多種纖維增強(qiáng)的復(fù)合型纖維增強(qiáng)材料，并且伴隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，使用要求的改變，不斷針對使用環(huán)境予以細(xì)化、改進(jìn)。時(shí)至今日，F(xiàn)RP已經(jīng)形成了一個(gè)龐大的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料體系。在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防安全等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮出越來越大的作用和影響。在建筑行業(yè)中，F(xiàn)RP加固技術(shù)更是在許多新型、高端的建筑工程領(lǐng)域中有著優(yōu)異表現(xiàn)。我們相信，隨著FRP應(yīng)用技術(shù)的繼續(xù)深入研究，F(xiàn)RP的性能會得到進(jìn)一步提高，成為材料領(lǐng)域的一顆璀璨明珠，為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供強(qiáng)大的助力。

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