第七屆全國建設工程FRP第七屆全國建設工程FRP應用學術交流10月15-16日，杭面向重大工程應用FRP若干核研究問吳智汪吳東南大學城市工程科學技術研究院/土木工程學內容內容提研究背景、現狀及問FRP高性能化研性能設計與改善，預應力結構損傷可控及可修復性結構輕量化及可持續化國家國家發展重大需求（一國家發展國家發展重大需求（二)l(investmentinvestmentv)rtrfit)l(investmentinvestmentv)rtrfit0我國：基礎設施維護成本已達3000億元規 ttd(lliion)投資額（兆円整備水l國家發展重大需國家發展重大需求（三全壽命周期費用（LCC）龐LCC發達國家經驗教訓表明：提高重大工程現行的50-100壽命到0300年設計壽命，并適當增加初期投資費用是實現重大工程LCC最小化目標的方法之一重大工程結構自身存在的重大問題重大工程結構自身存在的重大問題（一服役安全、耐久性能需提鋼筋銹蝕等全、—重大工程結構自身存在的重大問重大工程結構自身存在的重大問題（二輕量化是提升結構安全性和延長壽命的有效途建筑成本地震響應自重重大工程重大工程結構自身存在的重大問題（三纖維增強復合材料(FRP)應力-關強彈密材料種耐腐蝕性抗疲勞強差低鋼是目5002301.能夠替代鋼材，解決纖維增強復合材料(FRP)應力-關強彈密材料種耐腐蝕性抗疲勞強差低鋼是目5002301.能夠替代鋼材，解決性能的結構料；同時維2802戰略性非金構材料500702.高性長壽FRP加固結FRPFRPFRP加固結FRPFRP外FRP筋體內嵌入式FRP索體外張拉加FRP筋替代FRP-混凝FRP筋替代FRP-混凝土組合柱/FRP輕型屋架/FRP各國規范的制美日歐各國規范的制美日歐我澳幻燈幻燈Jian-GuoDAI,2011-5-Jian-GuoDAI,2011-5-FRP加固FRP加固與新建結構存在FRP對于重大工程結構，加固比新建破壞機理更為復雜FRP增強結構的破壞機理和設計理論與傳統鋼筋混凝土結構3)缺乏核心應用技術，FRP單一纖維FRP理論ComparisonwithcomputingvalueandComparisonwithcomputingvalueandtestdatumofdifferent纖維增強復合材料的綜合性能提升纖維增強復合材料的可靠性設計方法纖維增強復合材料長期性能定量化評估4）明確纖維復合材料探索探索纖維增強復合材料關鍵應用1、具有超高綜合性能的纖維增強復合材料制品2、纖維增強復合材料-混凝土-鋼混合結構體系3、超大型結構的預應力加固技術4、千米級斜拉橋纖維增強復合索錨固技術5、輕質高強的大型梁板結構輕量化技術內容內容提研究背景、現狀及問FRP高性能化研性能設計與改善，預應力結構損傷可控及可修復性結構輕量化及可持續化FRPFRPFRP及其重大工程結構的機理和設計方法急需FRP及其重大工程結構的機理和設計方法急需明確和建航空領—實現從強容許破裂控制設200m跨度CFRP測模型和破裂控制設計方法及構整體的可靠性設計理 FRP-混凝土界面性能的尺寸效 22322 FRP-混凝土界面性能的尺寸效 223221200FRPシート幅bfGfFRP具有性能的可設計性，滿足結構的各種性能需σ斷FRP具有性能的可設計性，滿足結構的各種性能需σ斷根據結構性能進行各類材料性能損傷可控設計成為現實εP（載荷斷裂的始斷裂的始高度的高弾性繊維的斷続斷斷裂的始大幅度提鉄筋屈K開裂荷載的大δ（変形δy高弾性繊維安全（活用高強度繊維抗震等極限環境下的結構性（活用高延性繊維1010Averageline ControlindexControlindex高彈模/高1010Averageline ControlindexControlindex高彈模/高強度碳纖高彈模碳纖維/PBO10Controlindex高彈模碳纖維/DyneemaEvaluationindexEvaluationindexEvaluationindexAveragelineAverageline鋼筋-連續外包的縱向纖螺紋鋼筋內橫向纏FRP應Steel殘余10鋼000 0Strain荷載Stress鋼筋-連續外包的縱向纖螺紋鋼筋內橫向纏FRP應Steel殘余10鋼000 0Strain荷載Stress鋼絲-連續混雜設計圖：高初始剛度、具一定的延P200sHS筋片HybridB/SFRPHybridB/SFRP00鋼絲-連續混雜設計圖：高初始剛度、具一定的延P200sHS筋片HybridB/SFRPHybridB/SFRP00Strain00FRP片材鋼絲直徑FRP筋材混雜比例StressSteel 玄武巖纖維筋（BFRP）及玄武巖/碳纖維混雜筋0B/CFRP0 Strain 和B/CFRPPStress玄武巖纖維筋（BFRP）及玄武巖/碳纖維混雜筋0B/CFRP0 Strain 和B/CFRPPStress類抗拉強fu彈性模E混雜纖維布增強結構效3C2C1C2C005mm混雜纖維布增強結構效3C2C1C2C005mm高強/高強/高彈摸/高延荷重BFRP網格材料開發（適才所用5ForCFRPBFRP網格材料開發（適才所用5ForCFRPForBFRPCFRP1400600＞1000GFRPグリBFRPグリ繊維含有率（體積比CFRPGFRPグリBFRPグリ434340-50CFRPグリッドBFRPグリッド14RCbeamstrengthenedprestressedFRPFRPPLimitedreinforcementRCbeamstrengthenedprestressedFRPFRPPLimitedreinforcementInitiationofofFRPFRPdebondingGreatenhancementsteelyieldingRCbeamstrengthenedwithFRPNormalRCGreatenhancementofstiffnessLimitedreinforcementeffect (Steelσ——既有預應力FRP應用一般纖維布干絲強度僅為FRP強度的30%作用，無法直接張和樹脂含浸硬化后可張拉，但界面粘結不好或——既有預應力FRP應用一般纖維布干絲強度僅為FRP強度的30%作用，無法直接張和樹脂含浸硬化后可張拉，但界面粘結不好或處理錨固端構造復4CFT300CF321005Deflection增強能量吸收LoadDebondingoffibersheetsnearthemid-CrackPCgirderwith3layersofsheets(45%PCgirderwith3layersoffibersheets(33%prestress)PCgirderwith3layersoffibersheets(noprestress)PCgirder(nofiber——預應力纖維布張拉加固0052-m通過混雜得到——預應力纖維布張拉加固0052-m通過混雜得到——預應力纖維布張拉加固預應力FRP加固工U‐typeextrabondedPFSRC（RCbeam粘結材料（環氧tf:預應力預張拉不含浸纖維粘結和養護-剪斷釋放端部纖維布截面應力分——預應力纖維布張拉加固預應力FRP加固工U‐typeextrabondedPFSRC（RCbeam粘結材料（環氧tf:預應力預張拉不含浸纖維粘結和養護-剪斷釋放端部纖維布截面應力分開發成套P-PUTPC橋UPBOシー開發成套P-PUTPC橋UPBOシー——嵌入式預應力FRP槽深小于保護混凝端部錨固應力集中消去中——嵌入式預應力FRP槽深小于保護混凝端部錨固應力集中消去中部注入高剛度樹CFRP連續纖維布或柔性張拉裝置與CFRP索的連張張連續纖維布或柔性索粘結增強處理，改變破Interface①InterfaceGrooveAdhesiveConcreteInterface Adhesive——嵌入式預應力FRP螺錨筋待加固植螺栓錨筋安裝錨固待加固混凝植螺栓錨筋(待加固植螺栓錨環氧樹筋聚合物砂螺 待加固植螺栓錨環氧樹聚合物砂——嵌入式預應力FRP螺錨筋待加固植螺栓錨筋安裝錨固待加固混凝植螺栓錨筋(待加固植螺栓錨環氧樹筋聚合物砂螺 待加固植螺栓錨環氧樹聚合物砂筋聚合物砂內容內容提研究背景、現狀及問FRP高性能化研性能設計與改善，預應力結構損傷可控及可修復性結構輕量化及可持續化FRP及其增強FRP及其增強結構極端服役條件下的性能與FRP及增強結構在FRP及增強結構在多場耦合作用下的疲勞蠕變特性壽命可控設計理三個層次BristolGFRP（1的81、開發微觀-細觀-宏觀尺度下纖同步觀察SEM掃描電鏡疲勞試驗裝1、開發微觀-細觀-宏觀尺度下纖同步觀察SEM掃描電鏡疲勞試驗裝3、開發適合材料和結構長壽命研究的短期加速-長期監測結合的耐久性試置FRP混雜效應研究——疲勞性70%of55%ofTransverse(b)混雜纖維疲勞壽命S-N此外，混雜效應在FRP耐凍融循環和高溫下力學性能的作用將在下節介紹FRP混雜效應研究——疲勞性70%of55%ofTransverse(b)混雜纖維疲勞壽命S-N此外，混雜效應在FRP耐凍融循環和高溫下力學性能的作用將在下節介紹FRP在凍融循環下力學性FRP片材的抗凍融性能（BFRP、CFRP、GFRP三者比較0凍融循環次數(次0凍融循環次數(次0凍融循環次數(次最大100(b)相對彈性模111000最大200凍融循環凍融循環相對拉伸強彈性模量相相對彈性模量FRP在凍融循環下力學性FRP片材的抗凍融性能（BFRP、CFRP、GFRP三者比較0凍融循環次數(次0凍融循環次數(次0凍融循環次數(次最大100(b)相對彈性模111000最大200凍融循環凍融循環相對拉伸強彈性模量相相對彈性模量極限應變相相對 FRP凍融循環作用后FRP片材拉伸性能的混雜111 000凍融循環凍融循環凍融(b)相對彈性模凍融循環作用下各FRP片材力學性能指標平均值比0凍融循環次0凍融循環次0凍融循環次凍融循環作用后FRP片材力學性能指標拉伸強度相對拉伸強度變異系數（CV)%彈性模量相對值彈性模量變異系數（CV)%極限應變相對極限延伸率變異系數（CV)%FRP凍融循環作用后FRP片材拉伸性能的混雜111 000凍融循環凍融循環凍融(b)相對彈性模凍融循環作用下各FRP片材力學性能指標平均值比0凍融循環次0凍融循環次0凍融循環次凍融循環作用后FRP片材力學性能指標拉伸強度相對拉伸強度變異系數（CV)%彈性模量相對值彈性模量變異系數（CV)%極限應變相對極限延伸率變異系數（CV)%FRP筋在堿腐蝕作用下性BFRP筋腐蝕前外25℃堿溶液中浸泡6周后外55℃堿溶液中浸泡6周后外恒溫浸泡2555FRP筋在堿腐蝕作用下性BFRP筋腐蝕前外25℃堿溶液中浸泡6周后外55℃堿溶液中浸泡6周后外恒溫浸泡25550aging0aging殘余強度與腐蝕齡彈性模量變化與腐蝕齡腐蝕后纖維及界面狀RatiooftensileRatioofelastic2555FatiguetestsFatiguetestsandNumericalDeterminationoflinear-viscoelastic-model’sItclearlycomesoutthattheincreaseofcomplianceduetosustainedloadingisthanthatduetofatigueloading.Moreover,evenifthefatigueloadingisrepresentedbythemaximumloadingvaluetheviscoelasticmodelhastheabilitytosimulatetheFRP-concreteinterface.ExperimentalandtheoreticalS-NComparisonbetweennumericalS-NdiagramandexperimentalExperimentalandtheoreticalS-NComparisonbetweennumericalS-NdiagramandexperimentalProposedmodelEnduranceNoNumberof?ThestaticbondslipparameterswereobtainedfromsimulationoftheofspecimenCS-3;Gf=1.26N/mm(Pmax.=27.5kN).thetheoreticalS-Ndiagramfallswithintherangeoftheexperimental?FRP在鹽腐蝕作用下性BFRP筋腐蝕前外55℃鹽溶液中浸泡6周外恒溫浸泡00agingaging彈性模FRP在鹽腐蝕作用下性BFRP筋腐蝕前外55℃鹽溶液中浸泡6周外恒溫浸泡00agingaging彈性模量變化與腐蝕齡期關殘余強度與腐蝕齡RatiooftensileRatiooftensileRatioofelastic FRP片材高FRP片材高溫下力學性能基本BFRP筋在高溫下力學性玄武巖纖維筋材試件（直徑8mm纖維體積含量60%,基體玻璃化溫度120度0TemperatureBFRP筋在高溫下力學性玄武巖纖維筋材試件（直徑8mm纖維體積含量60%,基體玻璃化溫度120度0TemperatureTensilestrength(MPa)(%)不同基體FRP在高溫下力學性 不同基體FRP在高溫下力學性 FRP61C1-54032100Temperature62B1C1-5043210高溫下強度的穩定性提殘余強度可利用性證00Temperature62EG1C1-54321000TemperatureTensilestrengthTensilestrengthTensilestrengthRatiosofaveragetensilestrength(%)ofaveragestrengthRatiosofaveragetensileRatiosofaveragetensilestrengthFRP61C1-54032100Temperature62B1C1-5043210高溫下強度的穩定性提殘余強度可利用性證00Temperature62EG1C1-54321000TemperatureTensilestrengthTensilestrengthTensilestrengthRatiosofaveragetensilestrength(%)ofaveragestrengthRatiosofaveragetensileRatiosofaveragetensilestrength碳纖維高溫下強度預測12)tanhT T/2)110rg0rT/2不同環氧樹脂碳纖維高溫下強度預測12)tanhT T/2)110rg0rT/2不同環氧樹脂CFRP試驗結果與預測模型NormalizedtensilestregnthBasaltFiberFire-Proofthebackoftheplatefterafter30℃NoflameBFBFBF網格BFBFBasaltFiberFire-Proofthebackoftheplatefterafter30℃NoflameBFBFBF網格BFBFA內容內容提研究背景、現狀及問FRP高性能化研性能設計與改善，預應力結構損傷可控及可修復性結構輕量化及可持續化普通普通鋼筋混凝土柱的可修不同二次剛度的混凝土結構殘余不同二次剛度的混凝土結構殘余0建立損傷可控結構體系及設計理念可以通過開發的具有穩定二次剛建立損傷可控結構體系及設計理念可以通過開發的具有穩定二次剛度及彈性性能的損傷控制筋：鋼-連續纖維復合筋（SFCB）增強混凝土結構來實現，也可以通過混雜配筋代替鋼筋使用可修復中、大、特大震極限階損傷控制筋：FRP損傷控SFC載無需修不倒損傷可傳統結開O位殘余位移h/100（可修復限值損傷控制筋極限強度的安全儲同時，界面粘結滑移要有韌性，使得在筋材斷裂之韌性滑移0SFCB增強混凝土柱試東RC柱屈服平（次剛度接0”復合外包玄武巖纖維斷復合筋S10-B30二次剛度二次剛度000-----0柱頂側移----0-- 柱頂側移柱頂側移玄武巖纖維斷RC柱屈柱C-S10B30二次剛度效果最日本規范規定（1%柱屈服碳纖維斷SFCB柱屈0柱卸載剛度-混凝土開SFCB增強混凝土柱試東RC柱屈服平（次剛度接0”復合外包玄武巖纖維斷復合筋S10-B30二次剛度二次剛度000-----0柱頂側移----0-- 柱頂側移柱頂側移玄武巖纖維斷RC柱屈柱C-S10B30二次剛度效果最日本規范規定（1%柱屈服碳纖維斷SFCB柱屈0柱卸載剛度-混凝土開混凝土開--卸載殘余位0--0卸載點位移01234505 柱端荷載荷載殘余側移率1%柱柱腳嵌柱腳嵌入BFRP筋加固結柱腳嵌入FRP筋加損傷后混凝土柱的損傷后混凝土柱的二次內容內容提研究背景、現狀及問FRP高性能化研性能設計與改善，預應力結構損傷可控及可修復性結構輕量化及可持續化解決HybridB/CFRPViscoelasticmaterialInnerBFRP,B/CorBFRP,B/CorFiberoptic解決HybridB/CFRPViscoel