第六章FRP在工程中的应用与发展.ppt
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1、第六章 FRP在土木工程中的应用,一、FRP材料及制品(Fiber Reinforced Polymer) 由高性能纤维与基体材料复合构成 常用纤维种类 碳纤维(组成CFRP) 玻璃纤维(组成GFRP) 芳纶纤维(组成AFRP) 基体材料 树脂基体、金属基体、陶瓷基体和碳素基体,FRP材料的优越性能 轻质高强 耐腐蚀性好 抗疲劳 弹性好 抗冲击,透电磁波 绝缘 导电 热胀系数小 适合工业化,常用纤维的主要力学性能与钢材对比,常用树脂的性能, FRP制品 片材(布和薄板) 棒材(筋和索) 型材 夹层板和蜂窝板,FRP片材,全称:聚对苯撑苯并双口恶唑纤维,是含有杂环芳香族的聚酰胺家族中最有发展前途
2、的一个成员,被誉为21世纪超级纤维,FRP棒材和索,FRP筋,方形CFRP螺旋箍,圆形CFRP螺旋箍,井式CFRP复合箍,FRP型材,FRP夹层板和蜂窝板,二、FRP在工程结构中的应用 FRP片材加固补强 FRP筋混凝土结构及预应力混凝土结构 FRP结构及 FRP组合结构 桥梁中的FRP结构和FRP构件 FRP大跨结构体系 结构健康监测,1、工程结构加固补强 柱:抗压承载力加固和抗震加固 梁、柱:抗剪加固 梁、板:抗弯加固 节点及受扭加固 剪力墙和薄壁柱加固 特种结构加固(隧道、输水洞、烟囱等) 腐蚀环境下构件:耐久性修补加固,FRP片材包裹混凝土柱,约束混凝土,提高承载力,FRP片材包裹混凝
3、土柱,约束混凝土,提高延性,U形箍包裹,提高其抗剪承载力。,厂房框架梁、板加固,FRP粘贴混凝土梁、板表面,承受拉力,提高抗弯承载力,FRP粘贴混凝土梁表面,承受拉力,提高抗扭承载力,FRP片材粘贴钢筋混凝土框架梁柱节点附近,承受拉力,提高节点的承载力,FRP片材配合锚固系统粘贴在墙体和薄壁柱的表面,提高抗剪、抗压以及平面外抗弯承载力,FRP片材加固特种结构,FRP片材耐久性加固,FRP加固的主要破坏形式 纤维断裂材料的极限强度 界面剥离界面的极限强度 混凝土的脆性破坏超筋和剪切破坏 设计中应注意的问题: 合理的加固方式 合理的加固量 必需的构造措施,纤维破坏,纤维剥离,FRP加固相关设计规范
4、 纤维复合材料加固修复混凝土结构技术规程 (上海市地方标准,已实行) 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程 (行业标准,已实行) 钢筋混凝土结构加固技术规程 (行业标准,已实行) 土木工程用高性能纤维复合材料应用技术规范 (国家规范,编制中), 应用FRP筋代替钢筋 应用FRP筋或FRP索代替预应力钢丝、钢绞线,2、FRP筋混凝土结构及预应力混凝土结构,底板配FRP筋的混凝土基础,预应力FRP筋混凝土轨枕,(1)FRP筋的类别 FRP筋基材为聚酯、环氧等。FRP筋中纤维占60%65%。基材对FRP筋的抗拉强度没有贡献。 通过不同的加工方法,FRP筋可加工成不同的种类,主要有以下几种:表面进行砂
5、化处理的GFRP筋;与钢绞线相似并在7股之间用环氧粘结的CFRP预应力筋;为加强与混凝土的粘结表面进行刻痕处理的FRP筋;为加强粘结表面进行处理并把截面制成矩形的FRP筋等。,方形CFRP螺旋箍,圆形CFRP螺旋箍,井式CFRP复合箍,(2)FRP筋的性能 FRP筋具有轻质高强、抗腐蚀、低松弛、非磁性、抗疲劳等优点。由于FRP筋具有较好的抗腐蚀能力,可用于遭受腐蚀性介质侵袭的结构中;FRP筋具有非磁性,可用于有特殊要求的结构如雷达站中;FRP预应力筋低松弛且弹性模量较小,可以降低由于混凝土徐变和收缩和普通预应力筋松弛引起的预应力损失。 在混凝土结构中使用FRP筋也存在一些缺点。FRP筋为线弹性
6、脆性材料,没有明显的屈服平台,延性较差。目前FRP筋的应用尚处于初级阶段,因而费用较高。与混凝土相似,FRP筋存在高应力下的徐变脆断的问题。,(3) FRP筋的设计 由于FRP筋的材性与钢筋有显著的区别,因而在用FRP筋进行结构设计时,应注意以下几点:,由于FRP筋为脆性材料,因而构件可能没有相应的塑性转动能力,同时也不可能进行弯矩重分布; 应考虑到FRP筋可能断裂对构件强度的不利影响; 由于FRP筋为弹性模量较小的脆性材料,用于计算构件承载力的公式必须经过修改方可使用; 如果FRP筋受到损伤,其强度会有较大的降低; FRP筋的变形能力比普通钢筋明显偏小,因而在设计使用时应使结构的变形要求小于
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- 第六 FRP 工程 中的 应用 发展
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