1 FRP-NSM加固的基本概念和特點(diǎn)　　FRP表面內(nèi)嵌加固修復(fù)方法是將纖維增強(qiáng)塑料(FRP)筋或板條放入結(jié)構(gòu)表面預(yù)先開好的槽中，并向槽中注入粘結(jié)材料(樹脂、水泥砂漿或混凝土等)使之形成整體，來改善結(jié)構(gòu)性能(抗彎、抗剪性能、抗震性能)的方法，簡稱NSM—FRP,如　　1-1 NSM—FRP加固示意圖　　圖1-1所示。同工程中常用的加固方法相比優(yōu)勢很明顯[1]，比起表面外貼法(Externally Bonded Reinforcements簡稱EBR)具備很多優(yōu)點(diǎn)[2]，特別是FRP與混凝土的粘結(jié)表面積增大，提高了FRP的利用率;可避免FRP受到磨損、撞擊， 適用于橋面板和連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)域的加固;可用于惡劣環(huán)境下(高濕、高溫和凍融)工程加固等。所以NSM —FRP加固法有著廣闊的研究和工程應(yīng)用前景?！　?.NSM—FRP加固技術(shù)應(yīng)用及研究現(xiàn)狀　　2.1技術(shù)運(yùn)用　　早在20世紀(jì)40年代末瑞典的Asplund[3,4]用此項(xiàng)技術(shù)加固瑞典一座橋梁，由于當(dāng)時受到加固材料和粘結(jié)材料的限制，效果不好。隨著新材料的不斷出現(xiàn)，各種新加固方法出現(xiàn)，特別是NSM—FRP加固技術(shù)，這種加固在國外工程中的應(yīng)用也越來越多，以下是國外的幾個實(shí)例：1997年至1998年技術(shù)人員用NSM—CFRP加固技術(shù)對美國的Oklahoma市的一所建筑物進(jìn)行了加固[5];1998年技術(shù)人員用NSM—CFRP加固技術(shù)(CFRP砂磨)方法加固了美國波士頓市的6個混凝土圓形結(jié)構(gòu)物[3];同年技術(shù)人員用NSM—CFRP(CFRP砂磨)加固技術(shù)對美國正在使用中的J.857橋梁進(jìn)行加固[6];1999年秋天技術(shù)人員用NSM—CFRP(CFRP板帶)加固技術(shù)加固了瑞典一座橋梁的橋板[7];1999年用NSM方法加固了一個5層框架的砌體墻[8];Gentile和Rizkalla[9]對加拿大的一座使用了39年的木橋梁進(jìn)行加固;Andrea Prota[10]等人用NSM—CFRP對混凝土倉筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。目前關(guān)于嵌入法加固研究的資料非常有限，且尚未有相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則頒布，現(xiàn)有的試驗(yàn)研究主要集中在界面粘結(jié)性能試驗(yàn)和混凝土構(gòu)件抗彎加固試驗(yàn)兩大部分。　　2.2研究成果其現(xiàn)狀　　3 破壞模式　　NSM—FRP加固梁的破壞模式理論上分為三種：彎曲破壞、粘結(jié)破壞和剪切破壞?！　?.1彎曲破壞　　彎曲破壞，加固梁受壓區(qū)混凝土被壓碎和FRP被拉斷?！　?.2粘結(jié)破壞　　粘結(jié)破壞，粘結(jié)劑與混凝土界面滑移破壞、粘結(jié)劑劈裂破壞和混凝土開裂引起的剝離破壞、FRP與粘結(jié)劑界面滑移破壞。從已有的試驗(yàn)結(jié)果來看，嵌貼法加固鋼筋混凝土梁的主要破壞方式為粘結(jié)失效，目前剝離強(qiáng)度模型可歸為三大類：基于抗剪承載力的模型、混凝土齒狀模型、界面應(yīng)力模型。對于嵌入式加固的粘結(jié)失效強(qiáng)度模型的研究還較少，所提出的模型一般都是在原有外貼片材模型上的改進(jìn)的。Hassan和Rizkalla結(jié)合混凝土破壞準(zhǔn)則，提出了界面應(yīng)力的計(jì)算方法[4]，浙江大學(xué)的劉義根據(jù)自己的試驗(yàn)對公式進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)[2]，界面剪應(yīng)力計(jì)算公式：　　注：P為梁上作用集中荷載;為梁未嵌貼FRP段的長度;為FRP筋形心到梁截面中和軸的距離;是考慮了混凝土開裂影響的截面有效慣性矩; 為膠層與FRP筋之間的有效粘結(jié)系數(shù)0.5< <1;FRP的直徑?！　assan和Rizkalla指出由于膠層-FRP界面的粘結(jié)力要高于混凝土-膠層界面，而且膠層的剪切強(qiáng)度往往高于混凝土，因此構(gòu)件的剝離破壞由混凝土的剪切強(qiáng)度所控制。當(dāng)界面剪應(yīng)力隨外荷載的增長而增加到混凝土的剪切強(qiáng)度時，將會在混凝土-膠層界面發(fā)生剝離破壞。不過，對于其他更為復(fù)雜的(FRP一膠層界面破壞，F(xiàn)RP被拔出;粘結(jié)材料層發(fā)生劈裂破壞;槽附近混凝土開裂)破壞模式下的極限荷載的獲取，顯然此方法需要進(jìn)一步的改進(jìn)?！　?.3剪切破壞　　剪切破壞，加固后梁的抗彎承載力大于梁加固前的抗剪承載力時，可能會發(fā)生斜截面剪切破壞。由于剪切破壞是脆性破壞，相對于彎曲破壞更加突然，De Lorenzis和Nanni在抗剪增強(qiáng)試驗(yàn)中，通過對FRP筋的布置角度、錨固長度、配箍率、間距和等影響參數(shù)的組合，在破壞模式的基礎(chǔ)上，提出FRP筋對抗剪承載力的計(jì)算方法，并且與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，取得較好的吻合?！　「鶕?jù)美國《外貼FRP增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工指導(dǎo)》(ACI-440) 和我國《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS-146)的有關(guān)規(guī)定，F(xiàn)RP增強(qiáng)混凝土構(gòu)件抗剪承載力計(jì)算按原混凝土構(gòu)件抗剪承載力和FRP材料承擔(dān)剪力之和進(jìn)行考慮，不考慮FRP材料對原構(gòu)件抗剪承載力的相關(guān)影響。計(jì)算表達(dá)式如下：　　(2)　　為加固后混凝土構(gòu)件抗剪承載力; 為FRP材料承擔(dān)的剪力; 為受剪鋼筋承擔(dān)的剪力; 為原構(gòu)件混凝土抗剪承載力，包括受壓混凝土對抗剪的貢獻(xiàn)?！　⊥絷扛鶕?jù)試驗(yàn)結(jié)果，在破壞形態(tài)和斜裂縫分布的基礎(chǔ)上提出以下FRP筋抗剪承載力貢獻(xiàn)計(jì)算方法?！　?3)　　：FRP筋的抗剪承載力貢獻(xiàn); FRP筋的粘結(jié)面長度; 為FRP筋與膠體的平均粘結(jié)強(qiáng)度; 為與裂縫相交的FRP筋的貢獻(xiàn)長度之和，不過，該公式安全度較低，應(yīng)用于設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)考慮強(qiáng)度折減。　　表面內(nèi)嵌FRP加固方法研究的現(xiàn)階段，對于FRP、粘結(jié)劑和混凝土三種介質(zhì)之間的粘結(jié)機(jī)理還是不明確，特別是處于彎曲應(yīng)力下的三種介質(zhì)之間的粘結(jié)機(jī)理，Teng JG eta1.通過試驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)抗彎試驗(yàn)和直接拉拔試驗(yàn)的結(jié)果有簡單或直接的聯(lián)系。在抗彎加固試驗(yàn)中很難避免粘結(jié)破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)，大部分試驗(yàn)在研究加固梁的抗彎性能時，都采用較大的粘結(jié)長度，接近計(jì)算跨徑這個長度，有很多都伸過支座，但還是出現(xiàn)了粘結(jié)破壞。試驗(yàn)中發(fā)生的粘結(jié)破壞有FRP與粘結(jié)劑界面滑移破壞、粘結(jié)劑與混凝土界面滑移破壞和槽附近混凝土剝離破壞?！　⊥絷恳訢e Lorenzis和A.Nanni的分析模型為對象，介紹混凝土齒狀模型用于分析嵌入式抗彎承載力在試驗(yàn)破壞形態(tài)的基礎(chǔ)上，對Parretti公式進(jìn)行簡化，得到適合混凝土壓碎FRP筋錨固良好的破壞模式的計(jì)算方法。　　粘結(jié)機(jī)理方面，De Lorenzis等較為全面的研究了FRP筋的粘結(jié)性能，涵蓋了較多種類的FRP筋、不同粘結(jié)材料及槽表面特征。試驗(yàn)還驗(yàn)證了FRP剝離破壞時梁的承載能力與粘結(jié)界面光滑程度、開槽尺寸、錨固長度、粘結(jié)劑種類和保護(hù)層厚度等有關(guān)。　　4 影響因素　　4.1 FRP　　FRP類型按材料類型主要分為CFRP、GFRP和AFRP，其中AFRP使用較少;混凝土結(jié)構(gòu)的加固多采用CFRP，砌體結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)的加固，多以GFRP為主;FRP按截面形狀可分為圓形FRP筋、方形FRP筋和FRP板條;FRP筋材因表面形狀不同，可分為光圓筋(表面噴砂處理)和變形筋兩大類，其中變形筋包括表面帶肋、表面螺旋纏繞FRP條帶等形式。實(shí)驗(yàn)表明采用FRP板條的加固梁其抗彎承載力均大于采用FRP筋的梁，且加固效果更好?！　?.2粘結(jié)性能　　我國的吳以莉 、姚諫、朱曉旭等也進(jìn)行了相關(guān)的研究[18]試驗(yàn)結(jié)果表明環(huán)氧樹脂及改性水泥砂漿都具有良好的粘結(jié)性能，但其耐久性能和抗腐蝕還有待驗(yàn)證，普通水泥砂漿的粘結(jié)承載力低，不能發(fā)揮CFRP板的高強(qiáng)性能，因此工程中不宜采用。Blaschko[16]在研究CFRP板條嵌貼入混凝土梁的粘結(jié)機(jī)理的試驗(yàn)中首次考慮了變量a，即FRP板條距混凝土試塊邊緣的距離，F(xiàn)RP板條距混凝土試塊邊緣的距離，在設(shè)計(jì)構(gòu)造中是非常有意義的參數(shù)?！　?.3 錨固長度　　錨固長度與粘結(jié)強(qiáng)度有相互的關(guān)系，若錨固長度小于一定的錨固長度時，加固梁發(fā)生粘結(jié)破壞的可能性就較大，然而錨固長度大于或等于一定的錨固長度時，錨固長度的增大不會明顯地影響加固梁的抗彎承載力。我們稱這一錨固長度為基本錨固長度。E1一Hacha和Rizakalla通過試驗(yàn)得出錨固長度為850～1200ram的加固梁，其破壞模式為CFRP板條被拉斷，當(dāng)錨固長度超過850mm，加固梁的抗彎承載力相差不大。　　總之，對于采用NSM—FRP加固技術(shù)加固混凝土的影響因素很多：加固形式、FRP筋的的配筋率、原加固結(jié)構(gòu)的配筋率、開槽的施工工藝等對加固技術(shù)都有一定的影響。　　5 結(jié)束語　　NSM—FRP加固技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固工程中，展現(xiàn)出很大發(fā)展空間，然而還存在一些問題有待研究，例如FPR、粘結(jié)材料和混凝土之間的受力機(jī)理還不是很清楚，一些參數(shù)比較模糊;在采用NSM—FRP加固時，沒有充分的利用FRP的高強(qiáng)抗拉的性能，是否可以采用施工簡單的預(yù)應(yīng)力技術(shù)，有待以后的研究;現(xiàn)在的粘結(jié)劑普遍比較貴，有必要開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的粘結(jié)材料。　　參考資料　　[1] 吳浩淼，李杰.表面內(nèi)嵌FRP加固混凝土梁抗彎性能研究現(xiàn)狀[J].建筑與預(yù)算雙月刊2009，181(5)：65-67.　　[2] 劉義.FRP筋材嵌入法加固鋼筋混凝土梁的試驗(yàn)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

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文章來源： 永年加固公司
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