土木工程材料論文免費(fèi)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(guó)內(nèi)外對(duì) 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(diǎn)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(qiáng)塑料，是對(duì)膠合后的連續(xù)纖維材料經(jīng)過(guò)一定的加工工藝后而組成的復(fù)合材料。相對(duì)于早期的加固方法，F(xiàn)RP由于具有輕質(zhì)、適用面廣、高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、耐久性好和易加工等優(yōu)良的技術(shù)特點(diǎn)，近年來(lái)，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用在土木工程領(lǐng)域，尤其是結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固領(lǐng)域中。

　　1.1 早期的加固方法

　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(bǔ)。直接加固法是對(duì)僅對(duì)強(qiáng)度不足或構(gòu)造不滿足要求的部位進(jìn)行加固或修復(fù)而不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的承重體系和平面布置;間接加固法是指改變?cè)Y(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(bǔ)主要是加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的整體性以及對(duì)砌體裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。[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(shí)或砂漿強(qiáng)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(jiǎn)單而且有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)性強(qiáng)，缺點(diǎn)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(dá)到提高原結(jié)構(gòu)的承載力的目的。其缺點(diǎn)是不能用于溫度在60℃以上的環(huán)境中。

　　2)無(wú)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(diǎn)是受力較為可靠并且施工相對(duì)簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)和工作量少;其缺點(diǎn)是加固費(fèi)用較高。

　　3.構(gòu)造性加固與修補(bǔ)

　　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(shí)。

　　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(shí)一般采用此種加固方法。

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

　　(1)施工周期長(zhǎng)，對(duì)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(huì)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(jià)值和社會(huì)意義。

　　1.2 FRP加固具有優(yōu)良的技術(shù)特點(diǎn)：

　　1.高強(qiáng)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(jìn)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(dá)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(dá)到100%，其他加固方法如粘貼鋼板等，則很難達(dá)到;

　　3.施工簡(jiǎn)便、快捷?？梢栽谠O(shè)施正常運(yùn)營(yíng)的條件下施工，能直接在建筑物表面包裹、粘貼，工序簡(jiǎn)單，無(wú)需大型吊裝設(shè)備及模板，對(duì)施工場(chǎng)地要求很低。

　　4.綜合經(jīng)濟(jì)效益好。由于施工期短，用工數(shù)量少，不需要大型機(jī)具等原因，而且后期維護(hù)費(fèi)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(jì)。

　　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(shì)。

　　1.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀

　　FRP 纖維復(fù)合材料最早應(yīng)用在英國(guó)建造一種叫“British Spitfires”的戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)身上，由于其杰出的低密度的特性和高抗拉強(qiáng)度，對(duì)飛機(jī)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(guó)家開(kāi)始嘗試將FRP應(yīng)用在民用建筑，1 968年英國(guó)用玻璃纖維建成了一座倉(cāng)庫(kù)。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家嘗試在建筑物中應(yīng)用FRP板。但是在當(dāng)時(shí)，由于FRP價(jià)格相當(dāng)昂貴，在隨后的時(shí)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(kāi)始，由于生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)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(gè)新的研究熱點(diǎn)。

　　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(yàn)FRP材料加固的效果，在修復(fù)這些古建筑物時(shí)，采用了兩種主要的修復(fù)方法：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的破壞墻體采取粘貼FRP片材和向裂縫注漿。試驗(yàn)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(guó) Texas University 和 Hospi-tal Building 均采用了FRP。由美國(guó) Delta結(jié)構(gòu)技術(shù)公司負(fù)責(zé)完成的美國(guó)Bergstroms 機(jī)場(chǎng)的和Hilton 飯店的柱采用了類似的加固辦法。在美國(guó)，大量舊有民用建筑的維修和加固都采用FRP，如美國(guó) Texas Hamilton 飯店部分柱子采用FRP進(jìn)行了維修加固。

　　1.4國(guó)內(nèi)加固砌體概況

　　相對(duì)歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)對(duì)FRP加固結(jié)構(gòu)的研究起步較晚，大約在1996至1997年才開(kāi)始應(yīng)用研究，且多集中在混凝土結(jié)構(gòu)。1998年在實(shí)際工程中逐步開(kāi)始應(yīng)用推廣。目前中國(guó)國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家科研院所，如中國(guó)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(jì)大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、天津大學(xué)、東南大學(xué)等開(kāi)展了FRP的研究工作，而且國(guó)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(kāi)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(duì)表面粘貼GFRP的墻面進(jìn)行水平加載，直至墻體發(fā)生破壞。試驗(yàn)證明了對(duì)于砂漿強(qiáng)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(qiáng)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(duì)粘貼碳纖維布?jí)w的試驗(yàn)研究，并且通過(guò)ANSYS程序?qū)FRP加固粉煤灰砌塊墻片進(jìn)行了三維有限元分析[12]，結(jié)果表明，通過(guò)粘貼碳纖維布條可以延緩墻體裂縫產(chǎn)生的時(shí)間和裂縫的開(kāi)展，整個(gè)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(guò)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(jiàn)，采用FRP加固方式將會(huì)擁有廣闊的發(fā)展前景。

　　1.5 FRP應(yīng)用展望

　　隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和技術(shù)飛速進(jìn)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(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、耐久性好和易加工等多種優(yōu)點(diǎn)，在一些比較重要的土木工程中具著巨大的優(yōu)越性，將會(huì)極大地推動(dòng)現(xiàn)代土木工程的技術(shù)進(jìn)步.它還將為現(xiàn)代復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)開(kāi)辟出巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，因而具有非常廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

　　參考文獻(xiàn)：

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

　　[3] 羅東遠(yuǎn).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(bào).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.