层内混杂纤维布的研究及其复合材料在混凝土结构加固中的研究与应用
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该课题主要针对现今流行的单一碳
纤维复合材料(FRP )加固混凝土结构延性低、加固效率低但价格昂贵等问题,提出研制适用于混凝土结构加固的物美价廉的层内混杂纤维布以及研究相应复合材料(HFRP)加固混凝土结构技术和应用,取得如下成果:
1)研究采用延性高(CF的2.5倍)、强度大(与CF几乎等强)且价格便宜(不到CF的1/3)的国产高强玻璃纤维(S型GF)与进口碳纤维(CF)进行层内混杂编织而成
1C:1G, 1C:2G和1C:3G二种适合混凝土结构加固的层内混杂纤维布。拉伸试验结果表明HFRP具有单一FRP无法比拟的多次断裂“准塑性”性质,而且CF在HFRP中发挥的强度和延伸率较其在单一CFRP中显著提高32-55%,能大大降低35-53%材料造价,由此变形安全度性价比提高52-128%,刚度性价比提高10%以上,能量延性性价比提高52-219%,实现了提高延性和物美价廉的目的。研究还确定了HFRP的强度、临界CF含量和弹模计算公式,可用于材料综合设计。2) HFRP加固混凝土梁、柱对比试验表明,与CFRP力口固相比,HFRP加固能在保证相同的承载力和刚度的前提下,使被加固构件变形能力提高2040%综合性能提高12-50%, CF利用率提高25-60%,材料价格下降20-40%,性价比提高50-85%,推荐使用1:1HFRP和1:2HFRP,研究还提出相应的HFRP加固混凝土梁、柱计算方法;3)通过对现行规范的比较以及FRP加固混凝土结构的机理分析,提出HFRP加固设计的计算方法和相应规定,提出“多指标加固设计”以及“材料设计与结构设计相结合”等概念。HFRP比CFR户更好地兼顾强度控制、延性控制以及构造控制等不同要求,显著提高加固效率和降低加固造价。
课题是国内首次提出适用于硅结构加固的层内混杂纤维布的研发,与目前国内的单一FRP区别很大,能有效解决单一FRP加固的缺点,具有一定的创造性和先进性。通过实际仁程应用证明技术可行、科学、合理和可靠,并取得良好的技术效果和经济效益,证明产品和技术基本成熟,适用于各种硅结构加固,而且比单一FRP加固更安全。