土木工程材料論文免費范文篇2

　　試談FRP材料在土木工程中的應(yīng)用

　　摘要：本文綜述了國內(nèi)外對 FRP復(fù)合材料及其在現(xiàn)代土木工程中應(yīng)用的研究，文中在綜合有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，介紹 FRP復(fù)合材料的優(yōu)良技術(shù)特點以及在現(xiàn)代土木工程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，并展望FRP應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：FRP;加固

　　FRP，是Fiber Reinforced Polymer的縮寫，意為纖維增強塑料，是對膠合后的連續(xù)纖維材料經(jīng)過一定的加工工藝后而組成的復(fù)合材料。相對于早期的加固方法，F(xiàn)RP由于具有輕質(zhì)、適用面廣、高強、抗疲勞、耐腐蝕、耐久性好和易加工等優(yōu)良的技術(shù)特點，近年來，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在土木工程領(lǐng)域，尤其是結(jié)構(gòu)的補強加固領(lǐng)域中。

　　1.1 早期的加固方法

　　目前，國內(nèi)外對于加固所采用的方法主要有三類：直接加固法、間接加固法和構(gòu)造性加固與修補。直接加固法是對僅對強度不足或構(gòu)造不滿足要求的部位進行加固或修復(fù)而不改變原有結(jié)構(gòu)的承重體系和平面布置;間接加固法是指改變原結(jié)構(gòu)的平面布置和承重體系的一種加固方法;構(gòu)造性加固與修補主要是加強砌體結(jié)構(gòu)的整體性以及對砌體裂縫進行修補。[1]

　　1.砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法：

　　1)增設(shè)扶壁柱加固法[2]

　　該法屬于增大截面加固法的一種，主要是提高砌體墻的受壓承載力，一般僅應(yīng)用在非地震區(qū)。

　　2)灌漿法加固墻體[3]

　　在墻體外再做水泥砂漿面層或鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層，該法主要是增加原有墻體的抗剪性能，適用于砂漿不密實或砂漿強度較低的墻體。

　　3)鋼筋水泥砂漿外加層加固法[4]

　　該法施工工藝簡單而且有成熟的設(shè)計和施工經(jīng)驗，適應(yīng)性強，缺點是承載力的提高程度比較低。

　　2.砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法：

　　1)預(yù)應(yīng)力撐桿加固法

　　采用這種加固方法后可以使加固前后構(gòu)件能夠協(xié)調(diào)工作，達到提高原結(jié)構(gòu)的承載力的目的。其缺點是不能用于溫度在60℃以上的環(huán)境中。

　　2)無粘結(jié)外包型鋼加固法

　　該法屬于傳統(tǒng)砌體加固方法，其優(yōu)點是受力較為可靠并且施工相對簡便，現(xiàn)場濕作業(yè)和工作量少;其缺點是加固費用較高。

　　3.構(gòu)造性加固與修補

　　1)增設(shè)圈梁加固

　　此種方法主要是用在房屋縱橫墻交接處咬槎有明顯缺陷或者房屋的整體性比較差時。

　　2)增設(shè)梁墊加固

　　梁下磚砌體被局部壓碎或者梁下的墻體出現(xiàn)裂縫時一般采用此種加固方法。

　　經(jīng)過上述的加固，砌體結(jié)構(gòu)能起到一定的改善作用，但同時存在很多的缺點：

　　(1)施工周期長，對正常的生活和工作產(chǎn)生很大的影響;

　　(2)影響建筑物的美觀和使用功能;

　　(3)會增加相應(yīng)的加固成本

　　由于這些加固方法的不足，因此，采用FRP加固砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)具有重要的工程應(yīng)用價值和社會意義。

　　1.2 FRP加固具有優(yōu)良的技術(shù)特點：

　　1.高強高效，適用面廣。FRP片材可以不改變結(jié)構(gòu)原有形狀、不影響結(jié)構(gòu)外觀，而且還可以在結(jié)構(gòu)的任何部位進行加固，能顯著提高原有構(gòu)件的受力性能，這是目前任何其他的加固方法所達不到的;

　　2.施工質(zhì)量易保證。由于FRP片材是柔性材料，有效粘結(jié)率基本上達到100%，其他加固方法如粘貼鋼板等，則很難達到;

　　3.施工簡便、快捷?？梢栽谠O(shè)施正常運營的條件下施工，能直接在建筑物表面包裹、粘貼，工序簡單，無需大型吊裝設(shè)備及模板，對施工場地要求很低。

　　4.綜合經(jīng)濟效益好。由于施工期短，用工數(shù)量少，不需要大型機具等原因，而且后期維護費用較低，耐久性能好，與其他加固方法相比，F(xiàn)RP加固方法更為經(jīng)濟。

　　5.耐腐蝕。FRP片材可直接用于接觸腐蝕性介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，與粘鋼加固方法和配置鋼絲網(wǎng)加固等其他加固方法相比，具有很大的優(yōu)勢。

　　1.3 國外研究現(xiàn)狀

　　FRP 纖維復(fù)合材料最早應(yīng)用在英國建造一種叫“British Spitfires”的戰(zhàn)斗機的機身上，由于其杰出的低密度的特性和高抗拉強度，對飛機減輕自身重量、增加載荷量等起到了很大的作用，因此，一直到現(xiàn)在，碳纖維在航空航天業(yè)中仍然扮演著重要的角色。

　　20世紀(jì)50-60年代，歐洲國家開始嘗試將FRP應(yīng)用在民用建筑，1 968年英國用玻璃纖維建成了一座倉庫。從20世紀(jì)70年代開始，歐美等一些發(fā)達國家嘗試在建筑物中應(yīng)用FRP板。但是在當(dāng)時，由于FRP價格相當(dāng)昂貴，在隨后的時間里，F(xiàn)RP材料在民用建筑物中的應(yīng)用要緩慢了許多。從20世紀(jì)80年代末開始，由于生產(chǎn)工藝的不斷改進提高，F(xiàn)RP原材料的生產(chǎn)成本逐漸下降，目前，F(xiàn)RP材料在加固建筑、改善建筑結(jié)構(gòu)受力方面的研究和應(yīng)用很廣泛，逐漸成為一個新的研究熱點。

　　1997至1998年，意大利發(fā)生了Umbria地震，很多古建筑都遭到了不同程度的損壞。政府為了檢驗FRP材料加固的效果，在修復(fù)這些古建筑物時，采用了兩種主要的修復(fù)方法：對現(xiàn)場的破壞墻體采取粘貼FRP片材和向裂縫注漿。試驗表明，效果良好且持久，因此采用FRP材料加固砌體結(jié)構(gòu)是一種高效可行的方法。

　　1986年和 1988 年建成的美國 Texas University 和 Hospi-tal Building 均采用了FRP。由美國 Delta結(jié)構(gòu)技術(shù)公司負責(zé)完成的美國Bergstroms 機場的和Hilton 飯店的柱采用了類似的加固辦法。在美國，大量舊有民用建筑的維修和加固都采用FRP，如美國 Texas Hamilton 飯店部分柱子采用FRP進行了維修加固。

　　1.4國內(nèi)加固砌體概況

　　相對歐美等發(fā)達國家，我國對FRP加固結(jié)構(gòu)的研究起步較晚，大約在1996至1997年才開始應(yīng)用研究，且多集中在混凝土結(jié)構(gòu)。1998年在實際工程中逐步開始應(yīng)用推廣。目前中國國內(nèi)已經(jīng)有多家科研院所，如中國建筑科學(xué)研究院、清華大學(xué)、四川省建筑科學(xué)研究院、同濟大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、天津大學(xué)、東南大學(xué)等開展了FRP的研究工作，而且國內(nèi)從事結(jié)構(gòu)加固工程的公司以及FRP原材料的生廠產(chǎn)家都積極投入到FRP的研究工作。目前的研究概況如下：

　　趙彤采用不同的碳纖維布的粘貼方式和用量研究在周期反復(fù)荷載作用下的受力性能。結(jié)果表明，碳纖維布可以約束墻體阻止裂縫的開展，變形能力明顯改善，磚砌體墻的抗剪承載力顯著提高。

　　翁大根、呂西林等采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固法對表面粘貼GFRP的墻面進行水平加載，直至墻體發(fā)生破壞。試驗證明了對于砂漿強度很低的砌體，采用粘貼FRP能有效提高墻片的抗震承載能力，能有效增強砌體抗震整體性。

　　王欣等采用不同加固方式、不同加固量以及采用不同的豎向加載對粘貼碳纖維布墻體的試驗研究，并且通過ANSYS程序?qū)FRP加固粉煤灰砌塊墻片進行了三維有限元分析[12]，結(jié)果表明，通過粘貼碳纖維布條可以延緩墻體裂縫產(chǎn)生的時間和裂縫的開展，整個墻體的抗震性能及抗剪承載力得到較大程度的提高。

　　從上面可以看出，與未加固的試件相比，經(jīng)過FRP片材加固后試件的承載力、延性和變形能力以及抗震性能都有了大幅的提高，由此可見，采用FRP加固方式將會擁有廣闊的發(fā)展前景。

　　1.5 FRP應(yīng)用展望

　　隨著經(jīng)濟高速發(fā)展和技術(shù)飛速進步，傳統(tǒng)建筑材料很難滿足這種發(fā)展要求。FRP 復(fù)合材料，具有輕質(zhì)、適用面廣、高強、抗疲勞、耐腐蝕、耐久性好和易加工等多種優(yōu)點，在一些比較重要的土木工程中具著巨大的優(yōu)越性，將會極大地推動現(xiàn)代土木工程的技術(shù)進步.它還將為現(xiàn)代復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)開辟出巨大的應(yīng)用市場，因而具有非常廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

　　參考文獻：

　　[1] 呂西林.建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

　　[2] 杜興宇.磚扶壁柱法加固房屋磚墻的實例分析.科技經(jīng)濟市場，2006/08，90-91.

　　[3] 羅東遠.多層磚砌體結(jié)構(gòu)溫差裂縫分析與加固.閩西職業(yè)大學(xué)學(xué)報.2002/04：57-58.

　　[4] 李貴美.用“夾板墻”法作砌體結(jié)構(gòu)加固.安徽建筑，2003/04：95-96.