FRP纤维增强复合材料在结构工程中的应用
发布时间:2023-07-13 浏览量:
FRP纤维增强复合材料近年来在建筑结构工程,结构加固中得到广泛应用和关注,其中包括碳纤维(CFRP),玻璃纤维(GFRP),芳纶纤维(AFRP),玄武岩纤维(BFRP)为常用的FRP材料。随着工艺流程的进步和更新,FRP的制作成本也在逐渐降低,FRP的科研项目也在逐渐扩展和深入。
纤维增强复合材料主要应用形式有:
1.FRP加固既有结构(钢筋混凝土结构,砌体结构,钢结构,木结构等等);
2.FRP筋混凝土结构(FRP抗拉钢筋,FRP抗剪力弯筋,FRP预应力筋);
3.FRP结构及FRP组合结构。
纤维增强复合材料主要优点有:
1.抗拉强度
CFRP 抗拉强度1200 MPa+>钢筋 (400MPa+)
GFRP 600 MPa+>钢筋 (400MPa+)
2.抗腐蚀性
FRP材料无需考虑腐蚀问题,尤其是在寒冷地区和海港,使用FRP结构来抵抗除冰盐的腐蚀,可大大降低维护费用并延长结构寿命。
3.热膨胀系数
FRP复合材料热膨胀系数与混凝土相近,当环境温度发生变化时,FRP与混凝土协调工作,两者间不会产生大的温度应力。
4.高强度重量比
FRP材料可减轻结构自重,施工方便,其重量一般为钢材的20%。在抗震结构中,FRP材料减轻了结构自重,减小地震作用,提高了结构耐疲劳性能。
5.结构稳定,开裂少(预应力)
FRP添加预应力使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。提高了构造本身刚度,减少振动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度,使原本的抗性更强。
6.绝缘,隔热,热膨胀系数小
FRP筋与传统钢筋材料及设计区别:
钢筋在混凝土结构中受力存在屈服状态,而FRP材料则是线性行为,无屈服,断裂在一瞬间,脆性材料,同时FRP筋的弹性模量小于钢筋的弹性模量,而FRP材料抗拉强度是钢筋的好几倍,因此结构受力所产生的裂缝宽度和挠度对比钢筋混凝土结构要大得多,设计规范并不相同,因此为了利用混凝土的非线性特性来提供足够结构预警,FRP纤维筋结构往往采用超筋设计的理念来使结构在断裂前提供充分预警(如较大的裂缝和挠度)。