探討FRP加固鋼筋混凝土曲線梁的應(yīng)用

劉偉楠

[摘要]本文介紹FRP材料的優(yōu)越性及其加固方式，并分析采用其加固鋼筋混凝土曲線梁的優(yōu)劣性，以便于在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] FRP;加固;曲線梁

文章編號(hào)：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0113 -01

城市立交橋?qū)τ诔鞘薪煌ǖ淖饔脽o(wú)可比擬，隨著橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，橋梁總會(huì)出現(xiàn)各種各樣的病害，如混凝土破損露筋，裂縫超限等，其中有橋梁本身設(shè)計(jì)的局限原因，也有施工考慮不足的原因。總之，對(duì)存在病害的城市立交橋的加固是必需的。而實(shí)際上，大多數(shù)立交橋，包括進(jìn)出口匝道，均采用鋼筋混凝土曲線梁結(jié)構(gòu)。本文旨在探討采用FRP加固鋼筋混凝土曲線梁的方式與適用范圍，并分析其優(yōu)劣，以便于在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

1 FRP材料

在土木工程領(lǐng)域中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（ FiberReinforced Polymer.簡(jiǎn)稱FRP）是一種輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕的高性能新型材料。根據(jù)纖維的種類不同，F(xiàn)RP分為以下三種：GFRP（玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料），CFRP（碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）和AFRP（芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）。FRP材料應(yīng)用到土木工程領(lǐng)域主要受限于其昂貴的價(jià)格和較差的耐火性能。但是，近年來(lái)FRP價(jià)格已經(jīng)大幅度下降，而且對(duì)于結(jié)構(gòu)加固的總體費(fèi)用來(lái)說(shuō)，材料價(jià)格并不是唯一的考慮因素。另近年有研究指出，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，能很好解決FRP的耐火性差的問(wèn)題。同時(shí)，因?yàn)镕RP還具有良好的耐腐蝕性能，用于加固時(shí)施工方便等優(yōu)勢(shì)，所以FRP用于結(jié)構(gòu)加固有較好的性價(jià)比。所以，目前已經(jīng)存在大量工程案例采用FRP進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

2 FRP加固方式

FRP加固鋼筋混凝土梁主要是使用濕粘法粘貼，即將FRP用樹(shù)脂浸潤(rùn)后粘貼在經(jīng)過(guò)打磨后的混凝土表面。

在梁的受彎加固中，通常做法是在梁底面粘貼FRP，并在梁端采用U型FRP箍進(jìn)行粘貼錨固。在粘貼之前，應(yīng)將粘貼區(qū)域進(jìn)行表面處理，保證FRP與混凝土粘貼可靠。加固后加固梁的破壞模式主要有以下三種形式：彎曲破壞（FRP拉斷引起、混凝土壓碎引起），剪切破壞，剝離破壞（混凝土保護(hù)層、FRP端部界面、中部彎曲裂縫引起的界面、中部彎剪裂縫引起的界面）。

在梁的受剪加固中，根據(jù)粘貼方式可以分為僅在梁兩側(cè)面粘貼FRP、于梁側(cè)與受拉面U形粘貼FRP和沿整根梁截面封閉纏繞FRP。根據(jù)纖維分布類型可以分為FRP條帶間隔粘貼和纖維布連續(xù)滿貼。由于FRP是單向受力材料，所以一般應(yīng)沿最有利于控制剪裂縫的方向布置。在實(shí)際工程上，對(duì)于FRP加固方案的選擇要考慮現(xiàn)場(chǎng)的可操作范圍，加固要求，受剪承載力的提高幅度，材料的供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)因素。加固后加固梁的破壞模式主要有以下四種形式：FRP拉斷的剪切破壞，F(xiàn)RP未拉斷的剪切破壞，F(xiàn)RP剝離引起的剪切破壞和局部破壞。

3工程應(yīng)用的優(yōu)劣性

實(shí)際工程中，大多數(shù)曲線梁由于存在曲率，在豎直荷載作用下，曲線梁不僅會(huì)產(chǎn)生豎向彎矩，同時(shí)還產(chǎn)生扭矩;另外在產(chǎn)生扭矩的時(shí)候，又會(huì)使梁體產(chǎn)生彎矩。這兩種作用是相互影響，相互耦合的，使得梁底、曲線外側(cè)腹板容易產(chǎn)生裂縫，而且裂縫寬度超限。

在對(duì)鋼筋混凝土曲線梁進(jìn)行加固時(shí)，采用FRP加固能很好的抑制裂縫的發(fā)展，并有效提高梁的承載能力。這是因?yàn)镕RP具有高強(qiáng)的特性，使用專用粘貼劑將碳纖維片與結(jié)構(gòu)面粘貼在一起，與鋼筋共同受力，降低鋼筋所受應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)的承載力極限，從而得到加固增強(qiáng)的效果。

采用FRP加固法相比其他加固方法的優(yōu)越性表現(xiàn)在以下5個(gè)方面。（1） FRP自身厚度薄、體積小，具有極高的強(qiáng)度與剛度，幾乎不增加荷載及原結(jié)構(gòu)斷面尺寸。（2） FRP成型性極強(qiáng)，可裁剪定型滿足不同的形狀要求，容易滿足斜、坡、彎及異型結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)。（3）粘貼FRP加固法與其他類加固法相比，基本不破壞原橋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，能更好的與原結(jié)構(gòu)共同受力。粘貼固化后可在其表面涂一層與原結(jié)構(gòu)一致的涂料，不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀造成影響。（4） FRP能有效地封閉混凝土的裂縫，還可有效防止舊裂縫的擴(kuò)展與新裂縫的生產(chǎn)。（5） FRP加固后期維護(hù)費(fèi)用低。

當(dāng)然，采用FRP加固法也有一定的缺陷，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。（1）目前暫無(wú)相關(guān)FRP加固的施工規(guī)范，施工質(zhì)量難以控制。（2）用于粘貼FRP的環(huán)氧樹(shù)脂在溫度大于600℃時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度急速降低，所以要針對(duì)性地進(jìn)行防火處理。（3） FRP的力學(xué)特性在受力過(guò)程中不存在屈服點(diǎn)和塑性區(qū)，屬于具有特殊性能的脆性材料。所以設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮FRP延性缺失的影響，避免結(jié)構(gòu)應(yīng)力重分布受到的不利影響。

4結(jié)論

總上所述，F(xiàn)RP有很好的加固優(yōu)越性，也有一些缺陷，但如果設(shè)計(jì)和施工得當(dāng)，能很好的減少這些缺陷的影響。對(duì)于鋼筋混凝土曲線梁的裂縫超限等病害，采用FRP加固有很好的適應(yīng)性，而且效果顯著。

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