FRP混凝土结构研究进展

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发布时间：2022-06-28

资料介绍

【摘要】为解决钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的问题，建议将纤维增强复合材料（FRP）掺人混凝土中制成
FRP混凝土,使FRP具有的轻质高强、耐腐蚀和耐疲劳等优良性能应用于混凝土结构修复加固工程中。从应力一
应变关系、长期荷载下性能和抗震性能等方面闸述FRP约束混凝土力学性能在国内外的研究进展,从设计方法、
计算模型和动力特性等方面分析了FRP约束混凝土研究中亟待解决的问题,为FRP修复加固混凝土结构的科学
研究与工程应用提供了参考意见。
【关键词】纤维增强复合材料；混凝土；力学性能；研究进展
【中图分类号】
TU528.58
【文献标识码】
B
【文章编号】
1001-6864(2016)03-0012-03
钢筋混凝土结构自19世纪中叶开始投人使用以
在轴心受压情况下,核心混凝土的受力情况是:应力
来,凭借其可模性好、原材料易得、安全系数高等突出
随应变线性增加,混凝土发生较大侧向变形然后屈
优点,被广泛应用于土木工程的各个领域。但在实际
服,形成固定侧向约束力,此时混凝土将进入三向受
生产使用过程中,结构中的钢筋在受到自然环境的影
压的状态。如果 FRP 材料可约束核心区混凝土使之
响和其他人为因素的作用下容易出现锈蚀的状况，随
不发生受压破坏,混凝土的应力一应变关系曲线将于
之换来的代价是日渐增加的巨额加固维修费用。据
变形呈正相关关系;反之,混凝土的抗压强度无法再
统计美国每年要花费220亿美元的资金用于修复加固
得到提高,则混凝土的应力一应变关系在达到某一极
因钢筋锈蚀而产生安全问题的桥梁
[1]
限应变值时停止。然而如何确定其应力一应变关系
针对以上问题迫切要求有一种经济实用的方法
计算模型成为接下来面对的关键问题。为此,国内外
加以解决，这时工程师自然会想到：如果采用一种耐
的学者也提出了不同的计算模型,由于都是基于材料
锈蚀的材料代替钢筋掺人混凝土中,那么问题就能从
的本构关系计算得出,因此只可用来进行初期的数据
根本上得到解决。纤维增强复合材料(FRP)的研发出
分析,却不能掌握后期的准确变化规律。因而关于
现,为工程技术人员提供了解决该问题极具吸引力、
FRP混凝土结构应力一应变关系的研究,仍然处于不
更经济的研究方案。
断探索发展的阶段。
FRP材料是指由纤维材料与基体材料按一定比
1.2 纯弯和压弯构件力学性能
例混合后形成的高性能复合材料,具有优良的耐腐蚀
混凝土结构中构件的主要受力状态为纯弯和压
性、耐疲劳性和可设计性,被誉为继混凝土材料后的
弯状态。当FRP材料应用于混凝土结构后这些构件
又一种新型重要结构材料。FRP混凝土应用于实际
的力学性能变化情况,将直接制约结构的整体性能。
工程后,其力学特性、加工工艺和结构性能研究就显
我国的于清等人在研究 FRP 混凝土结构纯弯构
得非常的必要和紧迫。自 80 年代中期以来,欧美等国
件的荷载一变形关系时,采用数值分析的方法对结构
已陆续开始采用 FRP 材料来代替钢筋应用于普通房
进行模拟,并推导出 FRP 混凝土结构中纯弯构件在不
屋结构和桥隧结构,取得了重要的试验成果,并促成
同工况荷载作用下的承载力计算公式,为研究压弯构
了更大范围的工程应用。
件的理论计算提供了参考31
1 FRP混凝土结构力学性能研究现状
相关试验成果表明：FRP混凝土结构中压弯构件
FRP混凝土的力学性能主要包括应力-应变关
的轴力一弯矩关系主要受 FRP 混凝土材料自身的比
系、纯弯和压弯构件力学性能、长期荷载下性能和抗
例构成和结构构件长细比等因素影响,其延性随着荷
震性能。
载偏心率的降低而增强,承载能力则伴随构件长细比
1.1 应力一应变关系
的减小而提高
（4.5]
Q
应力一应变关系的确定是研究 FRP 混凝土结构
1.3 长期荷载下性能
整体性能的先决条件,国内外学者对此进行了大量的
经研究发现,FRP混凝土结构在长期荷载作用下
试验研究[2]。相关试验结果表明 FRP 材料为线弹性
的工作性能同样不可避免受到混凝土自身收缩和徐
材料,在达到极限抗拉强度前基本无塑性变形产生。
变的制约。