2010公路监理工程师辅导资料：外贴纤维增强塑料板的混凝土结构加固技术
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通过试验研究表明：①上述加固方法对控制和分散混凝土裂缝，提高现有结构的承载力和刚度具有明显的作用，例如：T梁加固后的抗剪能力比加固前提高60%-150%；②关于疲劳强度，Sakai等人认为在占结构极限强度40%的最大荷载作用下，结构加载200万次未发现强度衰减，而且在200万次荷载循环下，疲劳强度可达到极限荷载强度的50-60%.
（二）用于配筋混凝土桥墩和房柱的加固
在日本自1990年初就开展了用外贴FRP薄板加固配筋混凝土柱的研究。最初的研究是抗震加固技术，即在现有RC桥梁墩柱和房柱中的纵筋切断处用FRP 薄板进行包裹加固。一系列研究表明，这种新技术能防止柱纵筋切断截面周围的剪切破坏，而且使最终的破坏发生于柱基处（图3）。这种加固技术在地震多发区的应用迅速增加，用以改进抗剪特性如桥墩和房柱的延性、抗剪和抗弯能力。
试验表明，结构延性能从未加强时3-4提高到7-11，而且最有效加固区域认为是自柱基处H-28（H为柱截面高度）的范围，即塑性铰区。许多论文报道了包箍混凝土的限制作用，研究者认为尽管抗压强度无明显提高但峰值荷载作用下的软化特性和极限应变有很好的改善，对减轻地震引发的剪切脆性破坏具有明显的改善作用。
（三）隧道衬砌的加固
对该方面的加固技术及坚固性评价方案的建立，目前处于研究中，实际应用较少。
三、FRP加劲混凝土结构的破坏模式
（一）顺FRP板于混凝土接触面的粘结破坏
当结构处于受弯剪时，FRP加劲混凝土结构或配筋混凝土结构的破坏方式有若干种，其中，粘结破坏是最重要的破坏形式之一。当FRP与混凝土接触面的裂缝灾难性扩散以后，在复合薄板与混凝土的粘结处会突然破坏。经过试验，从梁的侧面看，这种裂缝扩散总是产生于梁弯曲裂缝的底端，从而使外贴于梁底的FRP薄板撕裂开，构成粘结破坏。
（二）FRP加劲后混凝土结构破坏形式的转变
除了粘结破坏，由于FRP断裂、钢筋屈服、混凝土压碎、混凝土剪切开裂，也将对FRP薄板的延性、强度和加劲构件的刚度产生不同的作用。试验表明，如果截面内钢筋和FRP面积比例都很低，那么在钢筋屈服以后就产生FRP的断裂。假若FRP面积比例较高，破坏形式可能是混凝土压碎，而钢筋可能屈服或不屈服。
此外，FRP薄板的撕裂即使没有引起大面积的粘结破坏，也极可能加速FRP薄板的断裂或降低FRP薄板的抗拉强度。而且介于FRP薄板和纵筋之间的混凝土层将发生剪切破坏，进而导致FRP加劲结构的多种脆性破坏。
故混凝土结构外贴FRP薄板进行加强以后，破坏模式可能转变，尤其对梁的弯曲破坏影响较大，使梁的脆性增加。
四、结语
目前，日本正大量进行加固技术试验研究，以掌握FRP加劲结构的力学性能和拓展该技术的应用可能。
近来更多的研究多致力于开创各类分析途径和合理设计FRP加劲混凝土结构。通过该项技术的应用研究成果来看，可以作出如下结论：
1.在决定最合适的复合材料和加固策略时，如何根据结构等级提高后的不同力学性能，来决定加固材料数量等方面，应尽可能全面考虑弯曲、剪切延性、刚度和其他局部破坏可能性的综合影响。
2.对FRP加劲结构的破坏模式如钢筋屈服FRP断裂破坏、钢筋屈服一混凝土压碎、混凝土受压破坏和FRP薄板与混凝土接触面的粘结破坏等各类破坏特性继续进行深入研究。 |
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