FRP网格加固混凝土结构受力性能及设计方法研究

FRP grid is made from high- performance fibers such as carbon, glass, aramid, and hybrids impregnated with resin systems ranging from vinylesters and other thermosetting resin systems to form a grid. When FRP grid is used as the structure reinforcement, the gird is fixed in the concrete component surface with rivets and spray polymer cement mortar to be formed integrally within original concrete to improve the bearing capacity and durability of structure. The mechanical performance and design methods of concrete structure strengthened by domestic carbon fiber grid will be researched on this project and theoretical models and design guidelines will be formed to provide necessary technical support for engineering application of domestic FRP grids. The domestic gap in this field will be filled and reduce the use costs of new material and new structure. This project can solve the insufficiency of traditional FRP reinforcement technique and will lead to extensive researches of FRP gird on various levels which will form a new hotspot in the field of FRP materials. This will improving the existing knowledge system and obtains more technological innovations.

FRP网格是将碳纤维、玻璃纤维等高性能连续纤维浸渍于耐腐蚀性良好的树脂中形成的整体网格状制品。FRP网格加固法采用铆钉将纤维网格型材固定于混凝土构件表面，然后喷射或手工镘抹聚合物水泥砂浆与原有混凝土一体化，从而提高结构的承载能力及变形性能，解决传统外贴FRP片材加固技术在抗剥离、防火、耐久性等方面的缺陷和不足，实现技术升级。本项目将基于国产碳纤维网格开展FRP网格加固混凝土结构的受力性能及设计方法研究，在试验研究和理论分析基础上，建立不同受力状态下的力学模型，揭示破坏机理，形成较完善的设计指南，为相关标准规范编制和工程应用提供必要的技术支撑，填补国内空白，降低新材料、新结构的使用成本。本项目将带动形成FRP材料在土木工程领域新的研究热点，促进结构工程和复合材料两个学科的技术进步。

土木工程中常用的纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer），简称“复材”或“FRP”，是由高性能连续纤维和树脂按一定比例混合，并经过特殊工艺复合而成。复材网格的纤维呈垂直交叉连续分布，基体树脂呈一体化分布，纵、横向网格具有刚性交叉结点。复材网格加固钢筋混凝土结构技术是对传统的外贴复材片材和嵌入式复材加固技术的升级，该技术将网格固定于凿毛的混凝土表面，然后喷射或手工镘抹聚合物砂浆形成共同受力的加固体系。其技术优势主要体现在：（1）由于凿毛表面和锚固件的有利作用，加固层与混凝土基层不容易发生剥离破坏。（2）内埋式的加固方法与外露式的相比，在防火性、耐久性、抗冲击性等方面均得到了很大的提高。（3）复材网格加固施工方便快捷，施工质量也可以得到更好的控制。.明确复材网格加固钢筋混凝土构件的受力性能和抗火性能是该项技术用于建筑结构加固的重要前提，也是目前尚未解决的问题。本项目针对该问题开展了试验研究和理论分析，提出了较为完善的理论模型和设计方法，为相关标准规范提供了必要的技术支撑，有助于推动复材网格加固技术的工程应用。项目取得的主要研究成果如下：（1）在复材网格加固混凝土构件的基本受力性能研究方面，项目组相继开展了碳纤维复材网格加固钢筋混凝土构件的受弯性能研究和受剪性能研究，揭示了破坏机理，并通过理论分析建立了抗弯和抗剪承载力计算方法。（2）在复材网格加固混凝土结构的锚固性能和构造要求研究方面，项目组相继开展了碳纤维复材网格在聚合物砂浆或混凝土中的锚固性能研究和粘结-滑移性能研究，并通过理论分析建立了粘结应力-滑移本构模型。（3）在复材网格加固混凝土结构的抗火性能研究方面，项目组相继开展了碳纤维复材网格在高温下的力学性能研究、碳纤维复材网格与聚合物砂浆在高温下的粘结-滑移性能研究以及复材网格加固钢筋混凝土梁和板的抗火性能研究，并通过理论分析建立了高温下抗拉强度和弹性模量退化模型、高温下粘结应力-滑移本构模型以及热传导分析和力学性能分析有限元模型。（4）在复材网格加固混凝土结构的设计方法研究方面，项目组基于结构受力性能研究结果建立了较完善的加固设计计算方法，并基于抗火性能研究结果建立了耐火极限显式计算方法和隐式计算方法。