1。1。1 FRP 材料

FRP 的材料性能与传统结构材料钢筋和混凝土等有很大的不同,其制品形式也有很多种 类。在 FRP 中纤维是主要受力材料,分为长纤维和短纤维,工程结构中的 FRP 大多数使用长纤 维增强。纤维材料的比强度(拉伸强度/比重)为钢材的 20~50 倍,轻质高强性能十分突出;碳纤 维的比模量(拉伸模量/比重)为钢材的 5~10 倍,芳纶纤维的比模量为钢材的 2~3 倍,玻璃纤 维的比模量和钢材相近。如果仅考虑比强度和比模量,那么实际工程中用碳纤维材料效果最好, 但由于碳纤维材料的延伸率很小,有时需要与其他纤维混合应用,来取得更好的综合性能。树 脂基体的作用是将纤维粘接在一起, 使纤维受力均匀, 并形成需要的构件或制品形状。

1。1。2 FRP 的制备工艺与产品形式

制备成型是保证基体和纤维在 FRP 同工作的前提。FRP 的力学性能对制备工艺有 很强的依赖性,所以在设计 FRP 的结构时应该首先考虑制备工艺。制备工艺不同，得到的产 品形式的差别也不同。在结构工程中应用的 FRP 的产品形式主要有:片材( 纤维布和板)、筋 材和索材、网格材和格栅、拉挤型材、缠绕型材、模压型材及手糊制品等[3]。

纤维布是目前应用最多的形式。一般由连续的长纤维编织而成,是单向纤维布,使用前不 浸润树脂。目前纤维布主要应用于结构工程加固,用树脂浸润后粘贴于结构表面。制成 FRP 板需要将纤维在工厂中经过层铺、浸润树脂和固化预成型,施工时将其粘贴或用机械锚固于结 构表面。纤维布只能承受单向拉伸, FRP 板能够承受纤维方向上的拉和压,它们在垂直纤维方 向上的弹性模量和强度都很低。FRP 筋是采用单向成型工艺(如拉挤),把单向长纤维和树脂混 合成型为棒材,对其表面进行处理,以增强其与混凝土的粘结。FRP 索是把连续的长纤维单向 编织,然后使用少量树脂浸润固化或不用树脂固化而制得的绳索状 FRP 制品。FRP 索材和筋 材可以在钢筋混凝土结构中代替钢筋和预应力筋,也可用于张拉结构、悬索结构和大跨索支撑 结构。

把长纤维束按一定的间距相互垂直交叉编织,再用树脂浸润固化可制成 FRP 格栅或 FRP 网格材。FRP 网格材可替代钢筋网片,三维的 FRP 网笼可替代钢筋笼。FRP 格栅可直接用于 结构中作为楼面或者制成夹心板等构件。

拉挤工艺是将纤维束或纤维织物通过纱架连续喂入,再经过树脂胶槽把纤维浸渍,然后穿 过热成型模具进入拉引机构,按照此流程可以制得连续的 FRP 制品。拉挤工艺可生产出多种 截面形状的连续型材,因为纤维在拉挤型材中主要沿轴向,且纤维含量较高,有良好的受力性 能,可直接作为受力构件,或者与其他材料组合受力。但是拉挤型材的横向强度和剪切强度较 低,一般在拉挤成型工艺中都需同时复合一定数量的毡,同时在应用中也应给予重视。

FRP 缠绕型材是把纤维织物或者连续纤维束浸渍树脂后,按照一定的规律缠绕到芯模(或 衬胆)表面,然后经过固化形成以环向纤维为主的型材，常见的形式有管、罐、球等。缠绕型 材也可获得比较高的纤维含量,力学性能良好,可承受很大的内压, 已广泛应用于压力容器、 管道。在工程结构中,FRP 缠绕管内充填混凝土可作为桩、柱,甚至梁,构件性能优于普通钢管 混凝土。

对于一些形状复杂或尺寸较大的型材, 一般采用常温低压接触成型工艺,即在室温低压 或无压下用树脂将纤维和织物粘接成型的方法,以前都是人工操作完成, 故称为手糊。这种方 法可生产出形状复杂、纤维铺陈方向任意、大尺寸的 FRP 产品, 但产品质量不易稳定。但随 着袋压法、喷射法、真空法等加压方法的应用,以及一些辅助设备的出现,使得手糊工艺的产 品质量和工作效率大幅提高。目前在低压接触成型的基础上,又发展出树脂传递模塑(RTM)、 喷射等工艺, 可生产出性能和形式多样的 FRP 产品。论文风 ABAQUS的CFRP复合材料构件的理论与试验研究(3):http://www.youerw.com/gongcheng/lunwen_86211.html