纤维增强树脂基（FRP）材料制备及其在加固工程中的应用研究

摘要

FRP材料具有轻质、高强、耐腐蚀、弹性模量与钢材相近的特点,是一种较为理想的新型结构加固材料,已在国外的加固工程中开始获得使用.中国对FRP材料在加固工程中应用研究起步较晚,并且碳纤维的价格较高,这些因素限制FRP材料在加固工程中的应用.该文对FRP在加固工程中的应用进行了初步探讨,并且采用碳纤维和玻璃纤维混合制备了混合纤维FRP材料,力图研制出一种性能价格比较高的FRP材料.该文采用碳纤维、玻璃纤维以及二者混合的纤维在不同压力、温度和树脂含量下,制备FRP布(板),并对其性能进行检测.试验结果表明,在一定压力和树脂用量范围内,决定FRP抗拉强度的最主要因素是纤维品种.对于环氧E51/聚酰胺树脂体系,固化时温度也是一个重要因素.FRP板材随着层数的增加,抗拉强度下降.下降的幅度与成型时压力和温度有关.成型时压力大,温度高,FRP板材随层数增加而下降的幅度就慢.混合纤维FRP材料,随着玻璃纤维的用量增大,抗拉强度和弹性模量都随之下降,并且弹性模量下降的幅度更大.该文对自制FRP材料在加固工程中的应用进行了初步地探讨.采用FRP材料对素砼梁、钢筋砼梁进行抗弯加固、对素砼棱柱体进行缠绕轴心抗压加固以及采用缠绕FRP材料方法进行防治AAR的研究.该文采用不同品种的FRP板对素砼梁进行抗弯加固,试验结果表明加固效果取决于FRP板材的性能和有效粘贴长度.加固效果按碳纤维、玻璃纤维、混合纤维的顺序递减;加固效果随有效粘贴长度增加而改善.加固后素砼梁的出现三种破坏形态,分别是FRP材料被拉坏、脱粘破坏和剪切破坏.该文采用三种不同纤维品种、层数的FRP板加固钢筋砼梁.L1T3、L286、L3H4抗弯强度提高幅度分别达30.3％、65.6％、34.4％.研究发现抗弯强度提高幅度取决于FRP的厚度、品种、原先的配筋率等因素.加固后梁的裂缝变密变细,裂纹宽度变小;在相同的挠度情况下,荷载值较对比梁大为提高.只要处理得当,加以合适的端头锚固,一般不会发生脱粘破坏.并且该文建立了FRP加固适筋矩形梁的加固计算模型、加固计算方法和计算流程.该文利用在素砼柱外部缠绕FRP材料的方法来提高高强砼的韧性,改善脆性.研究发现该方法可以提高素砼柱的轴心抗压强度和极限变形.抗压强度提高幅度以碳纤维提高最大,混合纤维次之,玻璃纤维最低;同时随着层数的增加,提高幅度也随之增大.该文利用在砼外部缠绕FRP的方法来防治AAR.研究表明该方法可有效地改善AAR砼的性能,提高素砼梁的抗弯强度,减少裂纹条数和加快超声波在砼中的传播速度.对砼性能改善程度取决于纤维品种、缠绕方式以及层数等因素.该文研究表明与其它加固方法相比,FRP在加固梁、柱和防治AAR砼应用中都具有一定的技术和经济上的可行性.特别是混合纤维FRP材料具有较高的性能价格比.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1概述

1.2 FRP加固技术的研究和发展现状

1.3本文主要研究内容

第二章FRP材料的制备

2.1概述

2.2原材料选择和性能测试

2.3 FRP布、板的成型工艺和工艺参数的探讨

2.4 FRP布和板的力学性能和分析

2.5本章小结

第三章FRP材料加固素砼小梁的试验研究

3.1概述

3.2 FRP加固素砼小梁的试验设计

3.3试验结果与分析

3.4本章小结

第四章FRP加固钢筋砼梁的试验研究

4.1概论

4.2加固试验设计

4.3试验结果和分析

4.4本章小结

第五章FRP包覆高强砼轴心抗压性能的试验研究

5.1概述

5.2试验设计

5.3试验结果及分析

5.4本章小结

第六章FRP防治碱－集料反应的研究

6.1概述

6.2试验方案

6.3试验结果和分析

6.4本章小结

第七章结论与展望

7.1本文结论

7.2研究展望

参考文献

致谢