上海亮點環保設備技術有限公司,專業生產各種玻璃鋼纏繞儲罐,耐酸堿儲罐,氮封純水箱,各種洗滌塔,各種玻璃鋼酸洗槽,玻璃鋼方槽,各種耐腐蝕玻璃鋼制品,各種玻璃鋼手工制品,承接玻璃鋼防腐保溫工程,現場防腐蝕內襯施工。同時代理美國plast-o-matic工程塑料閥門及控制。
建筑材料FRP復合材料在土建結構工程中的應用與推廣吳方志(福州市市政建設開發公司350005)疲勞、溫度作用下穩定性能好等特點,因而受到土木工程界關注。本文簡要介紹了FRP復合材料特點,對FRP復合材料在土木工程中的應用情況進行論述。最后,對FRP的發展進行展望。
常見幾種FRP力學性能見表一:表一FRP力學性能表密度kg/m3彈性模量mpa抗拉強度mpa極限應變普通鋼筋78502.1X 10416703.3AFRP13006.4X10416102.5FRP材料力學性能決定其有如下幾個主要特點:破壞外還一定1的延dl保證結有1塑性變1以3改進膠接性能從而使砼與:之得八十年代末,在發達國家中正興起一項新的結構補強加固技術――纖維加筋塑料(FRP)運用技術。到如今,該技術已廣泛應用于美國、日本、加拿大、德國等國的建筑物柱和橋梁橋墩加固實踐中①由于我國在前幾年提高抗震設計等級和近海結構工程中鋼筋砼不能很好滿足抗腐蝕要求,以及有大量提升橋梁運載能力的要求,故該技術也必將在我國得到應用和推廣。
FRP纖維加筋塑料主要包括碳素加筋塑料(CFRP)、玻璃纖維加筋塑料(GFRP)、芳綸纖維加筋塑料(AFRP)三種。表面形成可以是光滑、或者做成與軸線垂直螺旋紋、或做成網狀表面以增強與砼結合②粘貼FRP專用膠,是一種雙組分、無溶劑高強度、不流淌、觸變型粘合劑。平、豎、仰面均可使用。
1、抗拉強度高。三種FRP抗拉強度均明顯超過鋼筋,與高強鋼絲接近,且在達到抗拉強度之前,幾乎沒有塑性變形產生。能靈活地用于抗彎、封閉箍和抗剪加固。
2、熱膨脹系數與混凝土相近。環境溫度發生變化時,FRP與混凝土協同工作,兩者這間不會產生較大溫度應力4、彈性模量小FRP彈性模量約為普通鋼筋25― 70%.除上述四點外,還有自重輕,能在狹小的空間操作:具有柔韌性,能包裹復雜外形構件;適用于各種構件表面等特點。
三、FRP復合材料的使用改善了鋼筋砼的工作性能FRP復合材料加固砼構件中,它的纖維方向應和原結構中強度不足的方向一致。如沿與構件主軸垂直方向粘貼改善加固部位的延性,提高其抗震性能;沿構件主軸方向粘貼,可以提高構件抗彎能力;沿箍筋方向貼在構件側面,能增加抗剪能力。下面就其工作機理進行闡述:1、FRP使用增強鋼筋混凝土構件抗震能力C③對抗震結構的要求除了要有足夠的強度,不發生強度形能力,能夠耗散更多的地震能量。通過橫向纏裹FRP,尤其在柱端部塑性鉸區包裹FRP,對提高其延性是非常有效的。因為彈性模量和抗拉強度都很高FRP能有效的約束砼的橫向變形,提高砼的極限壓應變,推遲了受壓區混凝土破碎,充分發揮縱向鋼筋的塑性變形性能,改善構件延性。這與箍筋作用相似,而且由于FRP直接約束在構件最外層,它的作用比箍筋更為直接、有效。試驗時,我們可以觀察到,用FRP包裹后,柱中箍筋應變發展緩慢,直至構件破壞時都未屈服,證實它的作用比箍筋直接、有效。
用碳纖維纏繞加固混凝土圓柱,由于泊松效應,混凝土橫向膨脹,碳纖維沿環向伸長,產生徑向約束力。在整個受力過程中,FRP與內部砼滿足變形協調與力平衡條件。約束效率取決于砼泊松系數、外包FRP環向強度和構件幾何尺寸。
3、使用FRP加固對鋼筋混凝土梁抗彎承載力的影響梁受彎承載力明顯提高,其中極限抗彎承載力提高更為顯著;隨著FRP用量增多,將使抗彎構件破壞形態由FRP被拉斷引起破壞轉變為混凝土被壓碎破壞;粘貼FRP梁的撓度將明顯減少,由于FRP的使用,構件裂縫開展受到約束,從而增加構件的抗彎剛度。
四、國內外有關FRP加固混凝土結構設計施工規程美國是當今應用FRP材料最廣泛的國家。ACI―440委員會于1999年2月推出了有關設計規程。該規程為采用外部粘貼法加固混凝土結構提供了諸如材料的選擇、設計、計算方法等方面指南。日本是在編制有關FRP規程、標準方面是起步最早和最完備的國家之一。1996年,正式頒布連續纖維材料補強加固混凝土結構物的設計及施工規程。歐洲對FRP研究始于20世紀70年代的德國。1997年12月開始編制高性能纖維復合材料加固混凝土結構設計指南〉,將于今年內完成并推出。我國正進行碳纖維加固改造修復混凝土結構技術的系列研究開發項目相繼在科技部、建設部立項,并被列為“九五”重點科技攻關項目。2000年11月,我國正式出版了碳纖維布加固修復混凝土結構技術五、FRP復合材料施工工藝和加固后結構防護⑤⑥1、混凝土基面打磨。粘貼面的砼劣化層(如浮漿、風化層等)要用砂輪很仔細地除掉和打磨;粘貼面凸出部分要削平;凹入部位,要用環氧樹脂進行修補;粘貼面的粉塵用壓縮空氣機除去,然后用丙酮或無水酒精拭表面。轉角部位要進行倒角處理,倒角半徑大于150mm并用修補材料CFE處理圓滑,使FRP能平滑地貼附于其表面,以避免FRP在折角處應力集中。
2、涂底層涂料。涂料浸入砼表面,即可強化砼表面強圖一用FRP對空心板結構加固類型工程名稱工程特點所在國竣工Shinmiya橋梁式,跨度5.7m曰本1998Ludwig rail橋跨度22.8m和19.2m加拿大1993Headinglye橋梁式。五跨??缍?2.5m加拿大1996蘇州鶯湖橋梁式,三跨,跨度15m中國200)LunenscheGasse橋梁式??缍?5m俄羅斯1989Notch橋梁式三跨跨度為13m、18m、13奧地利1991TabrasGolfClub橋梁式,跨度11.8m,寬2.4m曰本1990AFRPBirdie橋梁式跨度54到提高。
3、用整平材料打平。FRP布只有與所加固修補的砼表面緊密接觸,才可能產生良好補強效果。砼表面銳利突起物、錯位都可能產生損傷,并引起強度降低。砼表面問題很難通過基底處理這一道工序徹底清理。因此,必須用整平材料找平。
4、涂浸漬樹脂――貼FRP布――涂浸漬樹脂。將連續纖維狀的FRP結合在一起,使之呈板狀硬化,使纖維之間相互結合,均勻抵抗外力,發揮纖維整體強度。同時將FRP與砼粘接在一起,形成復合性整體,共同抵抗外力。FRP下料長度,應在現場根據施工經驗和作業空間決定,若需接長時,接頭搭接不得小于15公分。
5、必要時做表面整飾。為滿足結構防火、外觀要求,FRP粘貼完成后,其表面應涂刷結構膠和防火涂料或采用高標號砂漿抹面。
1、舊有結構修復與加固⑦京津高速公路立交卩匝道橋滿足現行規范要求,但考慮到其它原因引起實際荷載比原設計荷載增大,需要進行受彎正截面承載力加固。按圖加固后,現場實測達到預期效果。FRP加固形成如圖一。美國加利福利亞大橋墩進行加固,如圖二a湖北工學院體育館地下室立柱碳纖維加固,如圖三;某電報大樓改造加固,如圖四。
圖二:影部部分為墩結復合材加固圖三湖北工學院體育館地下室圖四某電報大樓改造加固實踐證明,采用FRP對受損混凝土梁、板、墩柱等進行修復加固是非常有效的。一般在混凝土梁板拉應力出現部位利用環氧樹脂粘貼FRP,FRP纖維方向應與拉應力方向平行。對柱、橋墩進行加固時,FRP沿環向纏繞,并用環氧樹脂將FRP與舊有混凝土粘接。
2、可用FRP替換鋼筋或鋼管直接應用于新建結構中采用FRP筋橋梁的材料造價一般高于采用鋼筋方案,但由于FRP具有耐腐蝕,耐疲勞和維護費用低等特點,前者可節約勞動力和大量后期維護費用。
采用FRP筋的部份工程實例七、結語由于FRP具有輕質、超高強、高彈模、易裁剪、抗疲勞性能好、耐磨、耐腐蝕、無磁性、施工方便等性能,使得FRP在土木工程領域的應用得以迅速地發展。因此為了更安全、更有效推廣應用該類復合材料,筆者認為應進一步進行如下幾個方面工作:1、耐火極限和防火設計方法研究;4、應編制便于FRP實際應用的分析軟件和設計軟件,為在實際工作中更為合理推廣應用FRP創造條件。
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