玄武岩纤维布在工程结构加固中的研究进展

柳 亚 男

(辽宁工业大学，辽宁 锦州 121000)

玄武岩纤维布在工程结构加固中的研究进展

柳 亚 男

(辽宁工业大学，辽宁 锦州 121000)

介绍了玄武岩纤维(BFRP)布的物理力学性能，从BFRP布约束混凝土本构模型、加固混凝土梁、柱等方面，阐述玄武岩纤维布在工程结构加固中的研究现状和发展方向，为以后进一步开展相应的研究工作提供了依据。

玄武岩纤维布，本构模型，混凝土梁，混凝土柱

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有良好的力学性能、耐腐蚀性能、抗高温性能等且性价比好。因此，其工程应用越来越广泛。工程结构由于多种原因引起强度不足、出现过大的裂缝和变形，因此需要采取不同的加固材料、不同的加固技术满足使用功能等要求[1，2]。本文从BFRP布约束混凝土本构模型研究、加固混凝土梁、柱等方面阐述研究现状和发展方向，为以后进一步开展相应的研究工作提供一定的建议。

1 本构模型研究

BFRP约束素混凝土柱的效果主要取决于以下几个因素：混凝土强度、倒角半径、纤维用量、截面高宽比、长细比、混凝土和BFRP的粘结及加载历史等[3]。

北京工业大学邓宗才等通过把碳纤维布、芳纶纤维布、玻璃纤维布和玄武岩纤维布混杂在一起(HFRP)对混凝土圆柱进行加固，并对加固后的混凝土圆柱进行轴心抗压性能试验，对试验结果研究分析得出混杂纤维(HFRP)布加固混凝土圆柱的破坏形式、抗压强度、最大应变值和本构关系曲线。本试验数据拟合混杂纤维(HFRP)加固混凝土圆柱的强度加固系数为3.1，建立了约束混凝土圆柱体的3段式应力—应变曲线模型。邓宗才等建议的HFRP约束混凝土强度模型：

(1)

当0≤εc≤εc0,σc=Ecεc

(2)

(3)

(4)

其中：

(5)

(6)

(7)

(8)

香港理工大学Yu-Fei Wu等通过CFRP布约束混凝土轴心受压试验研究试件截面高宽比、CFRP布的层数对其受力性能的影响。研究结果表明：截面高宽比对其强度、变形等影响比较明显，同时提出新的强度模型。

2 加固混凝土梁的研究

影响FRP加固混凝土梁抗剪性能的因素包括：FRP的用量、纤维缠绕的角度、分布、加固方式和纤维的种类等参数，除了加固参数外还有原梁的各种条件，包括混凝土的强度、箍筋配箍率、剪跨比、截面形状、梁的跨度及支座条件等。

上海大学欧阳煜等通过对5根玄武岩纤维加固混凝土梁的试验研究了玄武岩纤维布对梁的抗剪承载力的影响。主要考虑的参数有：玄武岩纤维布的宽度和间距、玄武岩纤维布的粘贴层数等因素。试验数据表明：玄武岩纤维布加固后的混凝土梁的抗剪承载力能够明显提高，变形能力也有所提高。通过6根钢筋混凝土梁的抗弯加固，研究其开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、跨中挠度以及钢筋和玄武岩纤维布的应变等参数。研究结果表明：玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁的强度均有较大幅度提高，同时提出了相应的设计方法与建议。

Rocca等考虑了玄武岩纤维布层数、粘贴长度对抗剪加固混凝土简支梁的影响，试验结果表明：纤维布层数对其加固效果及破坏方式有较大影响，但粘贴长度影响不明显且能使加固梁具有较好的延性。

中国科学院张小冬用混杂纤维布对7根混凝土梁进行加固，并对其进行抗弯试验，测得加固后混凝土梁的竖向位移和能量系数，与单一碳纤维加固后的混凝土梁对比分别提高33%～60%和20%～45%，试验结果表明混杂纤维布加固后的混凝土梁具有良好的能量吸收能力和塑性变形能力。混杂纤维加固后梁的承载力和二次刚度都显著提高，梁的延性也有所改善。

3 加固混凝土柱的研究

华东交通大学童谷生等试验研究表明试件强度具有尺寸效应。对三种不同尺寸的混凝土方柱，用不同层数的玄武岩纤维布进行加固，并对加固后的试件进行抗压试验。试验结果表明采用不同层数玄武岩纤维布加固后的试件抗压强度随层数增加有所提高，试件的极限应力和极限应变都明显提高。

华侨大学邹鹏程等通过15根外包玄武岩纤维布(BFRP)约束钢筋混凝土圆柱轴心受压试验，考虑箍筋对约束柱极限强度的影响，提出考虑箍筋的FRP约束混凝土强度模型：

(9)

γ=2Asfyh/(DcorS)

(10)

华侨大学张云波等以偏心率、加固量和粘贴形式为变化参数，进行了18个圆形截面钢筋混凝土柱试验。提出了环向包裹 FRP后圆形截面钢筋混凝土柱偏心受压承载力计算公式：

(11)

(12)

4 结语

至今国内外有关玄武岩纤维布约束混凝土结构构件进行了大量的试验研究和理论分析，但还有许多问题需进一步系统研究：

1)特别是在动荷载、循环荷载作用下以及约束损伤混凝土、高性能混凝土情况下，建立合理的应力—应变本构模型；2)玄武岩纤维布与混凝土粘结机理研究；3)BFRP布约束结构构件的受力机理进行合理的数值模拟；4)板材、棒材及预应力BFRP的理论及应用研究；5)BFRP布加固砌体结构的试验研究，抗震性能、爆炸、疲劳等有待于深入研究。

[1] 欧阳利军,丁 斌,陆洲导.玄武岩纤维及其在建筑结构加固中的应用研究进展[J].玻璃钢/复合材料,2010(3):84-88.

[2] L.C. Hollaway. A review of the present and future utilisation of FRP composites in the civil infrastructure with reference to their important in-service properties[J].Construction and Building Materials,2010(24):2419-2445.

[3] 宋功河,张海昆.约束素混凝土圆柱强度及尺寸效应的试验研究[J].玻璃钢/复合材料,2009(4):3-5.

The research progress of basalt fiber cloth in engineering structure reinforcement

Liu Yanan

(LiaoningUniversityofTechnology,Jinzhou121000,China)

This paper introduced the physical and mechanical properties of basalt fiber(BFRP), from the BFRP confined concrete constitutive model, reinforced concrete beams, columns and other aspects, elaborated the research status and development direction of basalt fiber cloth in engineering structure reinforcement, provided basis for further development of corresponding research work.

basalt fiber cloth, constitutive model, concrete beam, concrete column

1009-6825(2017)05-0070-02

2016-12-06

柳亚男(1988- )，男，硕士，助理工程师

TU363

A