FRP在建筑结构加固施工中的应用探析

摘 要：受外部环境及自身特性影响，建筑结构随着使用时间的延长，会逐渐出现变形、破损、老化等诸多问题，这些情况不仅仅影响建筑美观，降低使用性能，严重时还会引发安全事故，终止建筑设施的使用寿命。FRP作为新型材料，在建筑结构维修补强方面有着十分突出的表现。文章针对FRP在建筑结构加固施工有关问题进行探讨，分析了FRP加固技术的基本概念，详细阐述了FRP在建筑结构加固施工领域的诸多应用。

关键词：建筑结构；加固施工；工程建设

引言

环境保护、绿色发展的理念已经成为当前人类社会的共识。在建筑行业，使用环保建材，延长建筑使用寿命，降低资源消耗与废弃物排放，提高资源回收利用效率，逐渐成为人们开展建筑工程生产活动的重要发展方向。我国是建筑产业大国，每年都有大规模的建筑工程开工建设，同时有大量建筑因为破损、老化的原因需要维修。建筑维修改造材料市场空间十分广阔。由此促进了新型建材的研究开发工作。在诸多新型建材之中，纤维增强材料（英文简称FRP）以其优异的使用性能、广泛的适用性、良好的加工性能以及较好的环保性成为建筑企业关注的重点，在建筑结构加固领域发挥了重要的作用。

1 FRP加固技术基本概念

FRP是英文Fiber Reinforced Polymer/Plastic的简称，即纤维增强复合材料。从组成结构上看，FRP主要包括两个部分，一是同向性纤维作，二是高性能聚合物。纤维作为骨架，高性能聚合物作为基材充斥其间，构成类似钢筋混凝土的复合材料。由于引入了纤维结构，聚合物的性能，特别是机械性能发生了巨大变化，进步显著，因此，再加上良好的适用性和加工性能，故而广泛应用于工农业生产、军事国防、医疗科研等诸多领域。用于生产FRP的纤维和聚合物种类繁多，仅纤维一项，就有碳纤维（CF）、玻璃纤维（GF）和芳纶纤维（AF）等多个类型。从外观上看，FRP的表明即可是光滑如镜的平面，也可以是网格状，或者是与轴线垂直的螺旋纹状。将FRP其剖开，其界面可以呈现出棒状、薄板及织物形多种形态。FRP之所以具有如此多样的结构、外观形态，主要是由于其加工生产工艺和纤维的形态不同所导致的。

1.1 FRP的性能特性和粘贴FRP加固法的功能特性

FRP材料的两大组成，纤维和高分子聚合物，通常都拥有良好的耐腐蚀性能和力学性能，而在机械性能可以媲美金属材料的同时，其化学合成产物的特点也决定了其具有密度低、无磁性等特点，从而使得在越来越多的领域，FRP成为金属材料的替代品，对于降低资源消耗，减轻环境压力具有很大作用。

粘贴FRP加固法是在建筑结构补强加固领域应用最为广泛的FRP使用技术，在耐腐蚀性、耐疲劳性、密度、比强度等方面表现优越。同时，施工操作难度低，工程施工周期短，对人力要求不高等也是粘贴FRP加固法得以在建筑施工领域得到广泛推广应用的重要原因。

1.2 粘贴FRP加固法的工程应用

粘贴FRP加固法在国内建筑工程领域的应用已经经历了较长的一段时间，在房屋、桥梁、筒仓、高速公路等混凝土结构建筑物与构筑物的修复及加固方面经验较为成熟。国家也先后出台了《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）、《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（CECS146：2003）等规范性文件和技术标准，对粘贴FRP加固法的使用作出了指导和约束。在具体实施时，主要有两种类型，一种是使用棒材作为钢筋的替代物用于体外预应力加固，另一种是使用片材覆盖粘贴在建筑构件外部，用以代替树脂。在诸多应用形式中使用最多的是超薄可卷布状碳纤维布，该种工程材料采用碳纤维聚合物CFRP制作而成，厚度一般为0.05毫米到0.4毫米之间。

2 FRP在建筑结构加固施工中的应用

FRP在建筑工程结构加固施工中的作用，主要是通过采用粘贴FRP加固法对各类混凝土构件以及墙体进行加固维修来实现的。下面就针对各种粘贴FRP补强施工技术进行简要说明。

2.1 混凝土梁的抗弯加固和剪切补强

混凝土建筑梁的补强是FRP在建筑结构补强领域最常用、最主要的应用之一。具体包括抗弯性能和前切补强两个方面：

（1）抗弯加固。FRP的混凝土梁抗弯加固是通过在梁的受拉面内嵌或外贴FRP来实现的。施工时，FRP和混凝土构件间要使用专门的胶黏剂，以保证二者的贴覆紧密，牢固可靠。如果是对连续梁进行承载力加固，则需要在其负弯矩区内进行FRP的内嵌或外贴作业。对于混凝土梁使用螺栓锚固或U型FRP条带锚固的场合，则应该注意对FRP的保护，避免发生断裂、破坏等情况发生。

（2）剪切补强。FRP剪切补强的方式有很多种，比如缠绕加固、U型箍加固、双L型FRP板加固、仅在梁侧面贴FRP加固等。无论哪种形式都有两种实现方法。一是在混凝土梁的纵向方向上每隔一段距离设置FRP条带，二是FRP整截面布置。部分情况还可以采取在U箍或侧面FRP端部加压条等锚固措施的加固形式。上述方法原理都是通过贴覆于梁侧面的FRP条对混凝土梁的紧固作用，提升梁的抗剪切能力。

2.2 柱的加固

在柱体表面上缠绕FRP，形成一个包裹柱体的混凝土的封闭的FRP桶装保护层，可以显著提高柱体的轴心抗压强度、抗震能力及其延性。如果加固的柱体不是呈圆柱状，而是存在棱角，比如是方形柱体。在加固作业前需要对柱体表面进行特殊处理，特别是要对边棱处进行倒角加工，保证曲率半径不低于20毫米，施工时要放置FRP受力不均发生断裂。

2.3 混凝土板的补强加固

如果是混凝土单向板，其抗弯补强可以按照混凝土梁的抗弯加固补强技术进行施工，将FRP贴覆在混凝土板的受拉部位，并做好加固保护，放置FRP层破坏。如果是混凝土双向板，在进行粘贴FRP补强时，需要注意外贴板加固板极限承受力与刚度的增长要与外贴板平面尺寸的增长保持一致。

2.4 节点加固

节点加固主要是用来提高建筑的抗震性，延长混凝土框架使用寿命。前者是通过节点的承载力上限和延性来实现，后者则是通过静态FPR加固法来强化混凝土框架的承载力和刚度，从而减低节点发生开裂的几率。

2.5 墙体加固

部分砌体墙结构在设计阶段缺乏对地震载荷的考虑，单纯对重力载荷和风载荷进行了设计，导致墙体的抗拉、抗剪及抗弯强度较低，抗震性能较差。针对这个问题，在砌体墙和剪力墙墙体表面上沿着斜向方向用FPR交错粘贴，可提高墙体抗弯和抗剪切能力，减少裂缝产生，提高墙体抗震能力。这种在墙体上粘贴FRP的方法，对于已经产生裂缝的墙体，也具有修补作用。

3 结束语

经过多年的发展，纤维增强复合材料已经从一开始的单一型纤维增强材料发展到多种纤维增强的复合型纤维增强材料，并且伴随着应用领域的扩展，使用要求的改变，不断针对使用环境予以细化、改进。时至今日，FRP已经形成了一个庞大的纤维增强复合材料体系。在国民经济建设和国防安全等各个领域发挥出越来越大的作用和影响。在建筑行业中，FRP加固技术更是在许多新型、高端的建筑工程领域中有着优异表现。我们相信，随着FRP应用技术的继续深入研究，FRP的性能会得到进一步提高，成为材料领域的一颗璀璨明珠，为我国经济社会发展提供强大的助力。

参考文献

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[2]宫宁，李文渊.论多种新型纤维复合材料用于混凝土结构加固[J].新西部（下半月），2007（10）.