李学玉
天津华汇工程建筑设计有限公司，天津 300000
摘要：土木工程的发展在很大程度上取决于新的、高效的材料以及新技术的应用和发展。在改造和加固现有结构方面，不仅需要材料本身经济美观易于制造，而且原结构在加固施工后的承载能力也要有大幅提高。FRP复合材料有其独特的机械特性，其中玻璃纤维复合材料主要包括碳纤维(CFRP)、芳纶纤维(AFR)和玻璃纤维(GFRP)。其材料形式主要包括板材、棒材和型材。FRP的优点包括重量轻、强度高、弹性模量小、耐疲劳性强、耐腐蚀性和耐久性强以及热膨胀系数低等。此外，FRP复合材料可节省材料、自由切削和快速制造。虽然初期投资很大，但维护成本低，长期经济效益显著。因此，FRP(片材复合材料)在加固土木工程结构方面具有很大的应用潜力。
关键词：FRP复合材料；土木工程；结构加固；应用；
前言
概述了FRP的特点，比较了FRP加固与粘钢加固的异同，分析总结了FRP结构加固领域的最新研究成果和工程应用，并着重指出了以下几项关键加固技术 ：FRP加固设计技术、FRP加固施工技术及FRP控制评价技术。本文进一步研究了玻璃纤维结构加固、加强玻璃纤维结构加固材料研究开发、玻璃纤维结构加固预应力实施方法，并对碳纤维加固结构的发展提出建议和展望。对FRP复合材料增强结构长期性能的研究和应用表明：维修成本低、施工便利、交通干扰低和可持续性好的FRP将在今后结构加固方面发挥越来越重要的作用。
一、FRP复合材料的概述和特点
1.科学技术的发展和新材料的使用为土木工程的发展奠定了基础。新的高性能材料在土木工程结构加固方面具有很广阔的应用前景，这取决于材料自身的特点。FRP复合材料具有以下特点：FRP复合材料的抗拉强度高于传统材料；适合腐蚀环境，钢与玻璃纤维复合材料相比耐蚀性低，使用寿命长，使用复合材料可以延长结构的寿命，即使在高腐蚀环境中也是如此；轻便，施工方便快捷钢的密度是玻璃纤维复合材料的四倍，其自身重量较低，便于在建筑结构中使用；可以方便施工，节省劳动力成本；对于旧结构的维护和加强，效益更明显，效果更好；低热膨胀系数，FRP的热膨胀系数与混凝土几乎相同。因此，当工程环境中的温度发生变化时，FRP和混凝土会相互适应，不会产生显着的热应力。
2.弹性模量较小。一般钢筋的弹性模量通常是FRP的3至4倍。因此，FRP混凝土结构设计通常是由结构变形控制。因此，在预应力筋中使用FRP时，必须考虑到这一点，因此有必要发展相应的锚固和法兰连接，并在试验FRP材料时充分考虑到这一特点。价格比较高，玻璃纤维的生产需要一系列过程，因此生产过程复杂，需要相应的长压缩库的协调才能完成生产。FRP的抗拉强度相对较高，FRB筋由80%至90 %的纤维组成，这解释了其纤维含量高的原因。总之FRB材料不仅质量好，而且美观，为建筑提供了很多便利。而且FRP复合材料在承载能力方面具有独特的优势。玻璃纤维复合材料物理性能优良，重量轻，强度高，耐疲劳性强，耐腐蚀性强，寿命长。FRP的维护成本低，这种优良的性能抵消了工厂初期投资的弊端，而且玻璃纤维复合材料易于切割、使用和构造。
二、FRP复合材料的分类及应用
由于FRP复合材料生产困难，价格昂贵，在中国的应用较少。但是，随着生产技术的发展和生产规模的扩大，这些技术的应用越来越广泛。FRP可应用于土木工程结构加固，工程施工期间的机械修理和新结构的形成。首先，在隧道和地铁施工中，由于地铁和隧道是在地下施工的，不同材料相对于地面的强度大尽相同。在地面压力的作用下，隧道顶部和两侧的受力变得非常复杂，使得加固和修复裂缝变得困难，需要根据具体工程进行详细研究。传统的加固方法难以满足，但FRP材料中的芳纶纤维织物抗剪强度较好，显然满足了这一需求，可用于修复地铁、隧道工程和管廊侧壁等多方向不规则裂缝。其次，就烟囱和水塔而言，由于结构较高，很难进行加固和维护。传统的方法很难应用于这种构筑物的修复，而FRP由于自身重量低、强度高和耐腐蚀性强，可以很好地应用于这种构筑物和工程环境。
三、FRP复合材料的研究现状
1.抗弯加固性能
在混凝土结构的拉伸区域粘贴FRP可以提高承载力，防止裂缝扩大。
玻璃纤维钢筋混凝土结构的破坏特性与普通钢筋混凝土结构和粘结钢筋混凝土结构以及承载力计算方法大不相同。国内外研究人员主要关注FRP加固混凝土梁的弯曲性能、破坏模式、承载力计算、影响参数、截面变形和裂缝发育。近年来，许多研究人员对荷载作用下FRP加固梁的力学性能进行了试验研究和理论分析，试图开发新的计算弯曲强度的方法、考虑二次荷载滞后变形的较灵活性的计算公式。
2.抗剪加固性能
在混凝土梁的受剪区域一侧粘贴FRP可以提高其剪切强度。工程中常用的剪切加固方法包括横向粘贴、u形粘贴和包裹粘贴，其中包裹粘贴效果最好。影响FRP抗剪强度的主要参数包括:梁的密封率、混凝土强度、FRP的黏附率、梁剪切比、粘贴方式和FRP的锚固性能，以及FRP及其粘合剂的物理性能。目前，国内外抗剪强度研究主要包括：销毁机理和承载力计算。计算承载力的理论以钢筋混凝土本构理论模型为基础，增加了FRP对抗剪强度的贡献。
3.预应力技术
对于弯曲或过度弯曲的混凝土梁和板，仅使用FRP粘结层加固方法很难有效提高刚度，材料的作用也不能充分发挥。预应力FRP加固技术可以分担梁的部分荷载，有效降低加固梁的塑性变形，延迟裂缝的出现，减小裂缝宽度，降低早期破坏的可能性，提高梁的承载力。目前，研究人员对FRP预应力加固技术在各种荷载下进行了实验研究和理论分析，如FRP预应力牵引技术、端部锚固措施、预应力损失和承载能力计算、界面应力传递。
4.抗震加固性能
FRP材料必须能够承受混凝土的最大应力变形，因为不同的加固工程必须面对不同的物理环境。只有增加构件的可扩展性，才能提高建筑结构的抗震性能。为此，需要使用FRP约束塑料铰区域。国内外学者还对FRP加固混凝土柱和梁节点的试验、理论和技术应用进行了深入研究，并提出了限制混凝土应力应变发展关系的模型。在此基础上，研究人员还提出了钢管混凝土的概念，引进了新的钢管混凝土柱，并增加了额外的FRP侧应力，以提高结构的抗冲击性。使用FRP混凝土柱不仅可以提供可靠的加固方法，而且可以节省费用，提高经济效益。目前，这种方法在全世界得到广泛应用。例如，大部分的电池建设项目都使用FRP混凝土柱。
四、FRP加固技术展望
在研究应用单一品种高性能玻璃纤维复合材料的基础上，更加重视不同类型高性能玻璃纤维复合材料的成分变化。其目的是解决材料本身的缺陷，并规避这些缺陷，最大限度地应用材料的优点，使其更适合现代加固工程，并满足实际需要。为了更好地利用FRP的高强度和高性能特点，越来越重视预应力结构加固。对预应力玻璃结构的研究需要进一步发展，以使设计更加灵活，并满足更高要求的结构加固。
结束语
总之，FRP复合材料比传统材料具有更好的物理性能，广泛应用于土木工程结构的加固，充分体现了复合材料的优良性能。尽管我国玻璃纤维材料应用领域仍存在问题，但经过有关研究人员的不懈努力，玻璃纤维复合材料的应用前景将更加广阔。
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