探讨FRP加固钢筋混凝土曲线梁的应用

2022.11.15

刘伟楠

[摘要]本文介绍FRP材料的优越性及其加固方式，并分析采用其加固钢筋混凝土曲线梁的优劣性，以便于在工程设计中应用。

[关键词] FRP;加固;曲线梁

文章编号：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0113 -01

城市立交桥对于城市交通的作用无可比拟，随着桥梁运营时间的增长，桥梁总会出现各种各样的病害，如混凝土破损露筋，裂缝超限等，其中有桥梁本身设计的局限原因，也有施工考虑不足的原因。总之，对存在病害的城市立交桥的加固是必需的。而实际上，大多数立交桥，包括进出口匝道，均采用钢筋混凝土曲线梁结构。本文旨在探讨采用FRP加固钢筋混凝土曲线梁的方式与适用范围，并分析其优劣，以便于在工程设计中应用。

1 FRP材料

在土木工程领域中，纤维增强复合材料（ FiberReinforced Polymer.简称FRP）是一种轻质高强、耐腐蚀的高性能新型材料。根据纤维的种类不同，FRP分为以下三种：GFRP（玻璃纤维增强复合材料），CFRP（碳纤维增强复合材料）和AFRP（芳纶纤维增强复合材料）。FRP材料应用到土木工程领域主要受限于其昂贵的价格和较差的耐火性能。但是，近年来FRP价格已经大幅度下降，而且对于结构加固的总体费用来说，材料价格并不是唯一的考虑因素。另近年有研究指出，如果设计得当，能很好解决FRP的耐火性差的问题。同时，因为FRP还具有良好的耐腐蚀性能，用于加固时施工方便等优势，所以FRP用于结构加固有较好的性价比。所以，目前已经存在大量工程案例采用FRP进行结构加固。

2 FRP加固方式

FRP加固钢筋混凝土梁主要是使用湿粘法粘贴，即将FRP用树脂浸润后粘贴在经过打磨后的混凝土表面。

在梁的受弯加固中，通常做法是在梁底面粘贴FRP，并在梁端采用U型FRP箍进行粘贴锚固。在粘贴之前，应将粘贴区域进行表面处理，保证FRP与混凝土粘贴可靠。加固后加固梁的破坏模式主要有以下三种形式：弯曲破坏（FRP拉断引起、混凝土压碎引起），剪切破坏，剥离破坏（混凝土保护层、FRP端部界面、中部弯曲裂缝引起的界面、中部弯剪裂缝引起的界面）。

在梁的受剪加固中，根据粘贴方式可以分为仅在梁两侧面粘贴FRP、于梁侧与受拉面U形粘贴FRP和沿整根梁截面封闭缠绕FRP。根据纤维分布类型可以分为FRP条带间隔粘贴和纤维布连续满贴。由于FRP是单向受力材料，所以一般应沿最有利于控制剪裂缝的方向布置。在实际工程上，对于FRP加固方案的选择要考虑现场的可操作范围，加固要求，受剪承载力的提高幅度，材料的供应和经济因素。加固后加固梁的破坏模式主要有以下四种形式：FRP拉断的剪切破坏，FRP未拉断的剪切破坏，FRP剥离引起的剪切破坏和局部破坏。

3工程应用的优劣性

实际工程中，大多数曲线梁由于存在曲率，在竖直荷载作用下，曲线梁不仅会产生竖向弯矩，同时还产生扭矩;另外在产生扭矩的时候，又会使梁体产生弯矩。这两种作用是相互影响，相互耦合的，使得梁底、曲线外侧腹板容易产生裂缝，而且裂缝宽度超限。

在对钢筋混凝土曲线梁进行加固时，采用FRP加固能很好的抑制裂缝的发展，并有效提高梁的承载能力。这是因为FRP具有高强的特性，使用专用粘贴剂将碳纤维片与结构面粘贴在一起，与钢筋共同受力，降低钢筋所受应力，提高结构的承载力极限，从而得到加固增强的效果。

采用FRP加固法相比其他加固方法的優越性表现在以下5个方面。（1） FRP自身厚度薄、体积小，具有极高的强度与刚度，几乎不增加荷载及原结构断面尺寸。（2） FRP成型性极强，可裁剪定型满足不同的形状要求，容易满足斜、坡、弯及异型结构的补强。（3）粘贴FRP加固法与其他类加固法相比，基本不破坏原桥结构的应力分布，能更好的与原结构共同受力。粘贴固化后可在其表面涂一层与原结构一致的涂料，不会对原结构外观造成影响。（4） FRP能有效地封闭混凝土的裂缝，还可有效防止旧裂缝的扩展与新裂缝的生产。（5） FRP加固后期维护费用低。

当然，采用FRP加固法也有一定的缺陷，主要表现在以下3个方面。（1）目前暂无相关FRP加固的施工规范，施工质量难以控制。（2）用于粘贴FRP的环氧树脂在温度大于600℃时粘结强度急速降低，所以要针对性地进行防火处理。（3） FRP的力学特性在受力过程中不存在屈服点和塑性区，属于具有特殊性能的脆性材料。所以设计中应考虑FRP延性缺失的影响，避免结构应力重分布受到的不利影响。

4结论

总上所述，FRP有很好的加固优越性，也有一些缺陷，但如果设计和施工得当，能很好的减少这些缺陷的影响。对于钢筋混凝土曲线梁的裂缝超限等病害，采用FRP加固有很好的适应性，而且效果显著。

参考文献：

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[2]文俊，徐向前.亚洲桥梁加固典型案例分析[M].北京：人民交通出版社，2004：4 -9.

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