纤维增强聚合物(FRP)耐久性能研究进展

纤维增强聚合物(FRP)以其优良的物理力学性能在土木工程中得到广泛应用。本文分析总结了国内外关于FRP在温度、湿度、干湿循环、化学侵蚀、自然老化等各种环境条件下耐久性的研究进展,并提出了亟需开展的工作,指出了进一步研究FRP复合材料的耐久性能的方向。

纤维增强聚合物(FRP)筋性能研究现状

针对纤维增强聚合物(FRP)筋性能进行了研究。

纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土受弯构件性能研究现状

FRP(Fiber Reinforcement Polymer)筋材是由多股连续纤维通过基底树脂材料浸渍后,再经过特制的模具挤压和拉拔成型的。目前用于土木工程结构中的FRP筋材主要有三种:玻璃纤维增强聚合物筋(GFRP筋)、碳纤维增强聚合物筋(CFRP筋)、芳纶纤维增强聚合物筋(AFRP筋)。

纤维增强聚合物(FRP)混凝土构件的挠度计算

纤维增强聚合物（FRP）可以制成FRP筋混凝土以取代钢筋混凝土。FRP强度高、重量轻、不生锈等优异性能引起了工程界极大兴趣。目前,我国只把FRP用作修理加固材料,如经常把碳纤维布粘贴在构件表面以提高结构的承载能力。在欧美已做成了FRP筋混凝土构件。将FRP制成棒状,像钢筋一样浇筑在混凝土中形成FRP混凝土构件。

纤维增强聚合物（FRP）用作混凝土配筋材料的开发与应用（下）

对于采用FRP配筋的混凝土结构，通过所进行的系列试验，已取得有利于实际应用的成果。现摘要介绍如下：

纤维增强聚合物（FRP）用作混凝土配筋材料的开发与应用（上）

连续纤维增强聚合物(FRP)复合材料用于汽车、电子和宇航工程已有几十年，但作为混凝土的配筋材料，其发展相对较晚，还处在开发应用阶段。除已开发出多种新型纤维外，作为混凝土的一种配筋材料，FRP正在加速用于建筑工程。鉴于钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土结构中的钢筋易于腐蚀问题，要求采用不易腐蚀的配筋材料，如纤维增强聚合物(FRP)等，已成为当今的一种发展趋势，特别是在钢筋易受腐蚀的环境，更要求优先采用一种能够耐腐蚀的配筋材料。

纤维增强聚合物筋混凝土的研究与应用

纤维增强聚合物(FRP)筋是一种具有高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳等特点的新型复合材料。对纤维增强聚合物筋的基本性能及特点做了简要的分析,并介绍了纤维增强聚合物筋混凝土在国内外的研究和应用现状。

纤维增强聚合物（FRP）筋的设计与应用

1设计原则 FRP材料的特点是各向异性和高抗拉强工、配筋方向缺乏塑性变形(yielding).各向异性影响抗剪强度与FRP筋的连接作用以及与混凝土的粘结性能.为此提出的设计程序就要对混凝土采用FRP筋缺乏延性作出解释和说明.根据1995年版的ACI318有关规定,强度与工作应力设计方法可继续采用.FRP配筋、混凝土构件的设计以所需强度为基础,然后再根据可操作性能以及有关极限标准(如裂缝宽度、挠度、疲劳强度和蠕变破坏等)进行校核.在很多情况下,设计必须按使用标准进行控制.

纤维增强聚合物（FRP）复合桩

纤维增强聚合物(FRP)复合材料,在美国被认为是有望解决有关老化基础结构的一种方法.FRP所具有的高"强度-重量比"(Strength-to-weigh ratio)、抗电腐蚀性及装配成型的通用性对很多土木工程技术人员具有很大的吸引力.

纤维增强聚合物条带约束混凝土圆柱的耐久性

通过碳化、盐溶液干湿循环下碳纤维增强聚合物布(CFRP)和玻璃纤维布(GFRP)条带约束混凝土圆柱耐久性试验,对比分析了环境作用、纤维布类型、粘着剂类型(胶Ⅰ和胶Ⅱ)对混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明,无论是否受环境作用,纤维增强聚合物约束圆柱的轴向应力-应变关系基本呈双线性,其强度与延性都比无约束混凝土圆柱有一定提高。碳化环境对CFRP和GFRP约束圆柱基本没有影响,盐溶液干湿循环作用后FRP条带约束混凝土柱的强度、刚度和延性降低。CFRP约束柱比GFRP约束柱耐干湿循环性能好。此外,胶的种类对耐久性也有一定影响。

海水海砂混凝土及FRP加强构件性能研究综述

利用海水海砂制备混凝土可以解决淡水河砂资源匮乏的问题,同时利用纤维增强复合材料(FRP)代替普通钢筋来增强海水海砂混凝土构件可以避免钢筋锈蚀导致结构性能降低的问题,海水海砂混凝土及FRP加强构件的性能对结构安全至关重要。通过文献调研,对海水海砂混凝土及FRP加强构件的力学性能和耐久性进行分析,并提出FRP-海水海砂混凝土在海洋工程建设中的应用领域和进一步研究方向。结论是:相比于普通混凝土,海水海砂混凝土早期强度高而后期强度低;海水海砂混凝土耐久性的研究目前主要集中在抗渗性能和抗碳化性能两个方面;利用FRP加强海水海砂混凝土构件可以有效提高其耐久性,改善海水海砂混凝土构件力学性能;FRP-海水海砂混凝土具有轻量化和高强度的特性,在海洋工程领域有广泛的应用前景。

粘贴纤维增强聚合物加固技术的研究及应用

介绍了混凝土结构加固常用的方法及应用范围 ,阐述了体外粘贴FRP这一新的结构加固技术在我国的研究及应用状况 。

纤维增强聚合物加速老化寿命预测方法研究进展

文章概述了纤维增强聚合物(FRP)加速老化寿命预测方法研究进展,主要介绍了剩余强度模型、老化动力学模型、应力松弛时间模型,提出了存在的主要问题及今后的发展趋势。

纤维增强聚合物布加固木梁的非线性弯曲分析

考虑纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,FRP)布加固层拉伸与压缩时的不同弹性模量以及木梁非线性弯曲的二阶变形和轴向拉伸效应,利用摄动法研究均布横向荷载作用下简支FRP布加固木梁的非线性弯曲问题,得到加固木梁的挠度和弯矩等渐近解析表达式,并给出数值分析.结果表明:FRP加固木梁非线性弯曲的挠度和弯矩小于线性弯曲的挠度和弯矩,并且当无量纲荷载小于5时,FRP加固木梁非线性弯曲和线性弯曲的挠度和弯矩几乎相等,没有明显差别;但随着载荷的增大,二者相差逐渐增大;当无量纲载荷大于20时,非线性弯曲效应十分显著,必须选用FRP加固木梁的非线性弯曲模型进行分析.

纤维缠绕角度对FRP管约束混凝土组合柱力学性能影响

为研究不同纤维缠绕角度对FRP管约束混凝土组合柱的协同工作性能,通过参考已有文献数据,分析不同纤维缠绕角度、壁厚对FRP管约束混凝土组合柱抗压强度、承载力和延性影响规律。结果表明:随着FRP管纤维缠绕角度和壁厚的增大,组合柱承载力、延性、抗压强度增大。基于已有试验,拟合出强度计算公式,与已有的试验结果吻合较好,可为FRP管约束混凝土组合柱的实际工程应用提供参考。

聚合物基复合材料变参蠕变模型

将标准三元件黏弹模型中的黏壶扩展为广义黏壶,认为黏滞系数是时间的函数,构造出一种变参三元件模型,求解了其本构方程及蠕变应变。运用最小二乘原理,建立了该模型参数的确定方法。理论分析了该模型适合描述聚合物基复合材料前两个阶段的蠕变行为。开展了连续纤维增强FRP单向板在应力水平为30%恒定荷载下的蠕变实验,并通过实验数据的分析,验证了该模型的正确性。

FRP筋混凝土短梁抗剪性能试验研究及承载力计算

为分析梁高、剪跨比、腹筋率等参数对纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土短梁抗剪承载力的定量影响,并验证前期基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算方法的科学合理性,对11根玄武岩FRP筋混凝土短梁开展了剪切破坏试验,试验梁最大梁高为1.2 m.试验结果表明,梁高、剪跨比、水平腹筋率、竖向腹筋率均对FRP筋混凝土短梁的抗剪承载力有显著影响.当梁高由300 mm增大到1200 mm,试验梁的无量纲极限抗剪强度下降46.7%.当水平腹筋率由0增大至1.0%,试验梁的无量纲极限抗剪强度提高40.5%.基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算式可以合理反映梁高、剪跨比、水平腹筋率等因素的影响规律,计算结果与本试验结果及搜集试验数据均吻合良好.

FRP加强修复金属结构研究概述

近年来,FRP(Fibre Reinforced Polymer)用于加强修复钢结构及铝合金结构取得了较多应用。本文首先总结回顾了钢结构、混凝土结构与FRP粘贴连接节点界面应力的弹性分析方法,然后总结了考虑胶水塑性变形的粘结-滑移分析及不同的强度设计准则。文中还总结了不同受力形式下,钢或铝合金与FRP组合结构构件的受力性能,包括受拉、受弯、受压等工况。已有的试验及有限元方法主要分析了FRP和胶水的材料性质、FRP粘贴位置和范围、胶水层厚度等因素对组合构件的强度和破坏模式的影响,并依据试验结果和理论分析,提出了有效粘贴长度的概念。简要回顾了FRP加固后钢结构或铝合金结构的疲劳性能,以及航空领域和相关领域的研究情况。最后提出了FRP用于加固金属结构的几点待研究或完善的问题。

FRP加强R/C梁防火性能调查研究(英文)

对纤维加强聚合物(FRP)材料加强钢筋混凝土梁在火灾中的防火性能进行了研究。试验结果显示,防火材料能够帮助构件达到标准防火性能,同时对不断增长的FRP应用也很重要。介绍了不同文献对FRP在高温下的性能所做的研究以及目前标准对建筑构件的耐火极限要求。对两个大型试验进行了介绍。试验材料为混凝土梁构件,外部用FRP板加强,并且三分之二用专利耐火隔热材料保护。给出了试验结果,并重点强调了曝火状态下所测得的构件温度。试验数据验证了热传导数值模型,该模型可用于预测加强并绝缘钢筋混凝土梁构件内的温度。试验结果和模型数据显示,正确设计和进行绝缘保护的FRP加强梁构件耐火极限能够达到4h或者以上。

玻璃纤维类型显著影响FRP耐腐蚀性

随着金属价格上升,工程人员和最终用户在腐蚀性环境中正在更多地使用玻璃纤维增强聚合物（FRP）解决方案。在很多情况下,FRP比高价合金成本更低,却能提供至少同等的品质和卓越的使用性能。这是美国欧文斯科宁公司相关人员最近在JEC复合材料杂志上发表的一篇文章的前言。