纤维增强复合材料对钢结构的加固

在过去的20年中,纤维增强复合材料凭借其高强重比和良好的抗腐蚀性等独特优势,逐渐获得在实际土木工程应用中的广泛认可。特别是对使用纤维增强复合材料在加固混凝土结构方面进行了广泛研究。最近,使用纤维增强复合材料来加固现有的钢结构的方法引起了关注。文章首先对合理开发使用纤维增强复合材料来加固钢结构的方法进行讨论。之后对现有的运用纤维增强复合材料加固的钢结构的研究进行评论和阐述。评论涵盖的论题包括钢材表面粘合剂处理、粘合剂的挑选、纤维增强塑料和钢材之间的粘结性能及其合适的建模、钢梁抗弯加固、钢结构抗疲劳加固、薄壁钢结构的抗局部屈曲的加固、以及通过外部纤维增强塑料对中空管或混凝土填充钢管进行加固。文章最后对未来需进一步研究的问题进行了展望。     

用FRP加固钢结构的研究现状

采用FRP加固钢结构对于现有结构的翻新已成为明智的选择。回顾了在下列领域中为数不多、但发展迅速的一些研究:钢与FRP之间的粘结、钢空心截面的加固、FRP-钢系统中疲劳裂缝的走向。明确了未来的研究方向,如粘结-滑移关系、CFRP加固钢构件的稳定性以及疲劳裂缝发展的模型。     

FRP材料加固混凝土结构应用的新领域--嵌入式(NSM)加固法

嵌入式 (NSM)加固法是FRP材料加固混凝土结构的一种新的应用形式 ,较外贴加固在某些方面具有明显优势。目前该技术在国内的研究应用尚属空白 ,对在该领域已有的国外文献从材料、试验研究、粘结性能和设计方法等几个方面进行了总结 ,可为国内今后开展相关的研究和应用提供借鉴和参考。     

FRP加固钢结构的研究进展

钢结构在设计、制造、施工过程中可能产生各种缺陷,在使用阶段因超载、锈蚀、疲劳等原因会引起损伤累积,从而影响结构的安全。传统的钢结构加固方法主要有钢板焊接、螺栓连接、铆接或者粘接,这些方法存在许多缺点,如产生新的损伤和焊接残余应力等。而纤维增强复合材料(FRP)由于具有比强度和比刚度高、耐腐蚀等特点,已在混凝土结构加固中得到广泛应用。近年来的研究表明,FRP加固钢结构也显示出很好的效果。对国内外FRP加固钢结构的研究现状与进展进行了全面回顾与展望,涉及到钢结构构件的加固试验研究、胶粘剂及其受力分析研究、耐久性研究等诸方面。     

碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复损伤钢结构

与传统的钢结构修复方法相比 ,CFRP加固修复钢结构具有明显的优越性 ,是一种先进的钢结构修复方法。总结了国内外对纤维增强复合材料 (FRP)粘结修复钢结构的研究状况 ,并对CFRP加固修复钢结构技术的施工工艺进行了介绍。     

FRP在工程结构中的应用与发展

FRP(纤维增强复合材料)近年来在混凝土结构加固中得到广泛的应用,并作为一种新型高性能结构材料受到结构工程界的广泛关注,国内外有关研究和工程单位开展了大量的研究和实践应用。本文介绍了结构工程中常用的FRP材料性能和形式,分析了其优点与不足,并介绍了FRP加固结构、FRP配筋和预应力FRP筋混凝土结构、FRP结构与FRP组合结构以及FRP在桥梁结构、大跨空间结构和智能结构中的应用与发展,以期促进我国土建结构工程中对这一新型高性能材料应用和研究工作的开展。     

中美FRP受弯加固设计规范比较

根据美国ACI-440委员会的FRP加固设计指南,主要介绍了本指南中FRP加固混凝土梁的正截面承载力的计算原理,包括基本假定、破坏形态、FRP初始应变、加固后截面的受弯承载力计算公式、承载能力极限状态时的钢筋、FRP的应力等.并与中国<混凝土结构加固设计规范>中的计算原理进行对比,阐述了两者存在的异同点.     

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筋增强混凝土结构耐久性能研究进展

一般认为在恶劣服役环境下,可利用纤维增强复合材料（FRP）筋替代普通钢筋,从而有效提升混凝土结构的耐久性能。但研究表明,FRP筋并非完全免疫于服役环境,其在腐蚀性环境下的耐久性能一直是困扰FRP筋在土木工程中应用的关键问题之一。文章从三个方面系统梳理了国内外关于FRP筋增强混凝土结构耐久性的研究进展：①在试验研究方面,从FRP筋自身、FRP筋与混凝土黏结以及FRP筋增强混凝土构件三个层次,对近几十年来国内外有关FRP筋增强混凝土结构耐久性能试验研究的进展进行系统的梳理;②在长期性能预测方法方面,对现有的各类FRP筋长期性能预测模型和理论进行梳理;③在设计方法方面,总结目前各国有关FRP筋增强混凝土结构耐久性的设计方法,比较了规范间的差异。文章梳理工作对提升我国FRP筋增强混凝土结构设计水平和推广FRP筋的工程应用,具有重要的参考意义。     

FRP与混凝土的粘结性能研究进展

FRP与混凝土的粘结性能是外贴纤维加固混凝土结构技术的关键问题.本文介绍了近10余年来,国外学者对FRP与混凝土的粘结性能的试验和理论研究进展,着重论述了试验方法、传力机理、粘结界面破坏形式、粘结强度及影响因素、FRP应变及粘结剪应力的分布、粘结应力-滑移关系以及粘结强度计算模型等,总结以往研究成果并提出了有关建议,供实际加固工程应用参考.     

FRP加固钢筋混凝土梁疲劳性能的分析

随着FRP材料越来越多的用于诸如公路、铁路桥等这类长期承受疲劳荷载作用的梁式钢筋混凝土结构的加固修复中,对使用FRP加固的钢筋混凝土结构疲劳性能研究,也越来越受到国内外相关学者和工程技术人员的关注。对加固后结构的疲劳性能的研究,也是对现有的FRP加固RC结构研究内容的有力补充,使现有FRP加固钢筋混凝土结构的研究内容更为完整。本文结合现有实验,从理论上较完整地分析了FRP加固钢筋混凝土梁的疲劳性能。     

利用非线性分析预测CFRP加固管状钢梁的弯矩-曲率曲线

近年来,外部粘贴纤维聚合物加劲(FRP)经常应用于钢结构加固中。研究了中空圆形钢梁粘贴碳纤维布加固(CFRP)的非线性性能。考虑了CFRP数量、纤维构造、胶粘剂用量和材料非线性的影响。介绍了CFRP加固管状钢梁的截面弯矩-曲率曲线。利用数值分析结果,阐述了纤维的加固作用,并且数值分析结果与试验结果较好地吻合。     

Non-linear analysis to predict the moment–curvature response of CFRP-strengthened steel CHS tubular beams

External bonding of fibre reinforced polymer (FRP) composites has emerged as a popular technique for strengthening steel structures in recent years. In this study, the non-linear behaviour of circular hollow steel beams bonded with thin carbon FRP sheets was investigated theoretically by including the effect of the amount of CFRP reinforcement, fibre configuration, fibre and adhesive volume fractions and material non-linearity. This paper presents a cross-sectional analysis for the moment–curvature response of CFRP-reinforced steel tubular beams. Numerical results are presented to illustrate the strengthening effect of fibre composites, and are shown to be in reasonable agreement with previous experimental data.     

Strengthening of ferritic stainless steel tubular structural members using FRP subjected to Two-Flange-Loading

Cold-formed stainless steel tubular structural members which may experience web crippling failure due to localise concentrated loads or reactions are investigated. A series of tests on fibre-reinforced polymer (FRP) strengthening of cold-formed stainless steel tubular structural members subjected to End-Two-Flange and Interior-Two-Flange loading conditions is presented. The strengthening only applied to a localise area of the members under concentrated load. A total of 58 web crippling tests were conducted. The investigation mainly focused on the effects of different surface treatment, different adhesive, and FRP for strengthening of stainless steel tubular sections against web crippling. The behaviour of stainless steel members strengthened by different widths of FRP plate against web crippling has been also investigated in this study. The test specimens consisted of ferritic stainless steel EN 1.4003 square and rectangular hollow sections. Two different surface treatments were considered. Furthermore, six different adhesives and six different FRPs were also considered in this study. The properties of adhesive and FRP as well as the bonding between the FRP and stainless steel tube have significant influence on the effectiveness of the strengthening. Most of the strengthened specimens were failed by debonding of FRP plates form the stainless steel tubes. Six different failure modes were observed in the tests, namely the adhesion, cohesion, combination of adhesion and cohesion, interlaminar failure of FRP plate, FRP delaminating failure and web crippling failure. The failure loads, failure modes, and the load-web deformation behaviour of the ferritic stainless steel sections are presented in this study. It was found that the web crippling capacity of ferritic stainless steel tubular sections may increase up to 51% using FRP strengthening.     

连续纤维在房屋建筑结构加固中的研究与应用

就当前研究的混凝土结构梁、板、柱、节点及墙体等采用FRP进行加固的补强方式进行了回顾，介绍了其应用状况，与其他加固技术相比，是一项有广阔市场前景的技术。     

爆炸荷载作用下外贴FRP加固钢筋混凝土双向板试验研究

通过集团装药隔土爆炸荷载作用下4块外贴FRP条带加固钢筋混凝土双向板和1块普通板的对比试验,考察了裂缝的产生、开展过程及分布形状,分析了FRP加固板的荷载、位移、加速度、钢筋和混凝土以及FRP应变动力响应时程,研究了FRP加固板的抗爆破坏特征。研究结果表明：外贴FRP条带加固能有效延缓混凝土的开裂,限制裂缝的开展,改善钢筋混凝土板的抗爆性能;外贴FRP条带加固后,RC双向板的跨中位移响应、混凝土和钢筋应变响应明显降低,结构的抗爆炸冲击波能力得到明显提高;外贴FRP条带加固双向板在爆炸冲击荷载作用下的破坏形态有受弯破坏和弯曲屈服后的剪切破坏,外贴FRP条带在极限状态时发生了剥离及断裂破坏。图12表6参10     

Bond strengthening of lap spliced reinforcement using external FRP jackets: An effective technique for seismic retrofit of rectangular or circular RC columns

Confinement of concrete at the critical hinging regions is one of the most effective means for improving the seismic behavior of reinforced concrete (RC) members. Confinement reduces the bond degradation of the steel reinforcement and limits the concrete damage within the confined zone leading to increased energy absorption and dissipation capacity of the structure. Recent experimental and analytical studies undertaken on the use of FRP composites for seismic upgrading of RC members [FRPRCS08 Proceedings. In: Triantafillou TC, editor. 8th International symposium on fiber-reinforced polymer reinforcement for concrete structures. Patrace, Greece: University of Patrace; July 2007. p. 16–8] have clearly identified the advantages of this technology when compared to conventional strengthening methods. However, unfortunately, no guidelines have yet been developed by code committees for seismic retrofit using FRP composites. This paper provides a synthesis of the results of a series of experimental and analytical studies undertaken in the main part by the writer and in part by other investigators on the use of external FRP jackets for bond strengthening of developed/spliced steel bars in tension and its implications on the static and seismic response of concrete members. Results of the experimental programs are briefly discussed, and design expressions for evaluating the minimum thickness of FRP jacket required for seismic bond strengthening are presented and compared. The accuracy of the design expressions was verified against experimental data. In addition, a generalized model of the local bond stress–slip response of steel bars embedded in FRP confined concrete corresponding to splitting mode of bond failure is described. The model is composed of a monotonic envelope curve and bond degrading curve and can be used for evaluating the seismic behavior of the hinging zones in reinforced concrete members when confined externally with FRP jackets in comparison with the response of unconfined concrete.     

复合材料FRP在工程结构中的应用

纤维聚合物（Fiber Reinforced Polymer,简称FRP）复合材料由于其质轻、高强、耐腐等特点,已被广泛应用于土木工程中.针对一些工程结构急需维修加固的实际情况,对FRP在桥梁结构、混凝土结构、钢结构以及岩土工程中的应用进行了概述,并对预应力FRP筋或布置在混凝土结构构件的试验研究和应用进行了综述,最后指出了FRP用于工程结构存在的问题及发展前景.     

冻-融循环对纤维增强聚合物板加固的钢筋混凝土梁性能的影响

用外部粘结纤维增强聚合物（FRP）板,来加固和修复原有的钢筋混凝土结构,最近已引起土木工程界的极大关注。许多试验也已证明了纤维增强聚合物的优点,但是在寒冷地区的性能尚需要更多的数据来验证。本文介绍了国外科技界在这方面的一些研究成果。     

FRP增强RC梁剥离破坏时抗剪承载力的修正公式

FRP片材被大量应用于结构加固与补强工程,其常见的加固形式有抗弯加固和抗剪加固。由于受到FRP应力分布和界面粘贴性能等诸多因素的影响,抗剪加固设计要比抗弯加固复杂得多。针对现有的FRP抗剪加固承载力计算模型的特点和不足,本文提出了一种修正的计算公式,并与从现有文献中收集到的25个最终为剥离破坏的试验结果相对比,结果表明修正公式的计算值与试验值吻合得比其它计算公式要好。