使用纤维增强复合材料系统进行结构加固

行业现状

通常，术语纤维增强聚合物 (FRP) 复合材料用于描述航空航天、军事或娱乐行业（例如滑雪板、船、赛车或高尔夫球杆）中的产品应用。然而，在过去的二十五年中，民用基础设施行业一直在进行 FRP 复合材料的持续测试和数百万美元的项目应用。尽管上述其他行业仍然是主要消费者，但 FRP 复合材料在民用基础设施中的使用正迅速成为主要竞争者。

玻璃钢的历史

1980 年代首次应用于 FRP 行业，成功完成了研究和测试，以在结构上加强和修复混凝土柱，作为钢护套的可接受替代品。它的第一个重大突破发生在抗震改造成功地提高了全尺寸钢筋混凝土桥柱的延展性（图 1）。后来的测试扩展到包括对墙体样本、五层砖石研究大楼、六英尺直径的柱子和柱拱肋接头的全面测试。这些非凡的测试为发展该行业提供了必要的途径。迄今为止，应用程序的数量已经突飞猛进。

图 1. 全尺寸桥柱的测试和维修。

经过 30 年的测试、设计和安装 FRP 系统，事实证明，如果实施得当，它是一种有效的改造解决方案。这意味着结构测试和研究不再仅限于改造桥柱，现在已经扩大到研究其他结构元素，如梁、板、墙和管道，以提供抗剪加固、抗弯加固、轴向载荷加强、搭接增强、腐蚀修复和保护以及爆炸缓解（图 2）。最近的测试集中在开发各种锚固和细化 FRP 系统的方法，以提高效率和处理复杂的几何形状。尽管已经完成了大量的研究，但仍有一些萌芽领域尚未完全探索，包括使用 FRP 来加强钢结构并为胶合板和石膏墙建筑提供额外的抗剪能力。随着这个行业的不断发展，FRP复合材料的进步和使用总会有相应的增加。

图 2. FRP 系统的各种应用。

玻璃钢的演变

随着时间的流逝，设计和安装的项目数量可能从数千美元到数百万美元不等。随着工程师对 FRP 的能力越来越满意和自信，由于不同类型的系统（例如玻璃纤维系统、碳纤维系统）之间的差异，也越来越需要为这些材料创建设计指南和规范或芳纶纤维系统）。

1994 年南加州北岭地震后，国际规范委员会 (ICC) 评估服务制定了第一个接受标准，根据现行建筑规范，将 FRP 系统用作批准的建筑材料，以加强混凝土和砖石结构。该验收标准 (AC 125) 不仅规定了 FRP 系统的设计要求，还描述了在安装过程中获得批准所需的大规模结构测试、物理和机械性能测试、环境和耐久性测试以及质量控制措施. 该表简要列出了满足上述要求所需的所有测试。最终，

ICC AC 125 要求的测试摘要。

从那时起，美国混凝土协会与 ICC 同时制定了混凝土（ACI 440.2R-08）和砖石结构（ACI 440.7R-10）的 FRP 复合材料设计指南。这最终引发了全球连锁反应，全球 30 多个国家现在使用经批准的 FRP 设计规范或指南（图 3），包括加拿大 (CSA S806-12)、英国 (TR 55/TR 57)、德国 (Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung) 和新西兰 (CodeMark)。

图 3. 世界地图——具有 FRP 设计指南/规范要求的国家。

最后，无论项目的大小或位置，每个设计和安装都是独一无二的，不能纯粹根据过去的应用做出假设。这意味着每个项目都有自己明确定义的性能标准，这些标准将使用批准的设计指南来满足，以满足预期的设计目标。话虽如此，承包商在 FRP 复合材料的安装中也发挥着重要作用。如果他们没有经过适当的培训或认证，这可能是 FRP 系统成功的一个薄弱环节。将每个项目与常规修复方法进行比较总是值得注意的。尽管 FRP 是一种高成本复合材料，具有高强度性能，

结论

FRP 行业最初是从桥柱的抗震改造开始的，但此后在其各种应用中获得了发展势头。即使完成了大量的研究，仍有一些领域尚未发现这种强大的强化工具的能力。随着研究的进展并继续证明许多应用的有效性，与传统改造解决方案相比，始终有必要同时调查成本。当考虑到安装过程的所有方面时，这将提供对这些相对昂贵的材料如何提供成本效益的真正理解。归根结底，随着技术的进步和 FRP 行业的不断发展，我们希望看到该行业的真正潜力在未来几年开始蓬勃发展。