O material compósito reforçado com fibra (polimer reformado de fibra, referido como FRP) refere-se a um novo tipo de material compósito que usa a fibra contínua como reforço e resina polimérica como matriz, misturado em uma determinada proporção e feito por um determinado processo compósito.Para a FRP, a fibra contínua é o principal corpo da força, e o papel da matriz é conectar os reboques de fibra e coordenar a força. Portanto, as propriedades da fibra e da matriz determinam conjuntamente as propriedades macromecânicas da PFR.

De acordo com o tipo de fibra contínua na FRP, a FRP comumente usada na engenharia civil pode ser dividida em material compósito reforçado com fibra de carbono (CFRP), material compósito reforçado com fibra de vidro (GFRP), material compósito reforçado com fibra de basalto (BFRP) e material compósito reforçado com fibra de aramida (AFRP) e assim por diante.Para diferentes tipos de materiais de PRF, devido aos diferentes tipos de fibras, sua resistência final e módulo elástico são bastante diferentes, mas a característica mais notável é as propriedades elásticas lineares do próprio material.As propriedades mecânicas dos materiais comuns de PRF são mostradas na figura

O material de reforço estrutural mais utilizado na engenharia civil é o aço.Em comparação com o aço, os materiais de PRF têm propriedades mecânicas significativamente diferentes, como mostrado na figura. Portanto, o entendimento e o domínio das características dos materiais de PRF são propícios a uma melhor utilização das vantagens da PRF em aplicações de engenharia civil.Em comparação com os materiais tradicionais, os materiais FRP têm as seguintes vantagens:

(1) Leve e de alta resistência

Os materiais FRP têm peso leve e alta resistência à tração.A resistência à tração da fibra de carbono, que é mais comumente usada na engenharia civil, pode atingir 10 vezes a do aço comum, e seu peso é apenas cerca de 1/4 do do aço.As características leves e de alta resistência da FRP permitem reduzir o peso e o superespanho da estrutura de engenharia.Por exemplo, o uso de materiais FRP em vez de aço, grade FRP paredes sísmicas leves, plataformas de ponte leve FRP, etc. pode efetivamente reduzir o peso estrutural e realizar o leve de edifícios super arranha-céus e pontes de longo alcance.O uso de cabos FRP pode aumentar ainda mais o alcance de pontes de longo alcance. Além disso, as características leves dos componentes da FRP facilitam o transporte e instalação, e sua aplicação em novas estruturas é propícia à produção industrial; sua aplicação em reforço e restauração é propícia à rápida restauração pós-desastre em áreas com transporte inconveniente.

(2) Boa durabilidade

Os materiais FRP têm boa resistência à corrosão.A taxa de degradação da maioria das PFRs em ambientes agressivos é muito menor do que a do aço, e pode ser usada por muito tempo em ambientes ácidos, álcalis, sal e úmidos.Na zona de splash de onda na costa do Pacífico da Califórnia, EUA, GFRP, que é usado para reparar estruturas de concreto severamente corroídas e danificadas, está em serviço há mais de 10 anos, e os indicadores de desempenho da GFRP e da integridade da estrutura não mudaram significativamente. Estruturas de concreto reforçado geralmente terão fissuras causadas pela corrosão da armadura de aço em 5-15 anos.Se não forem reparados a tempo e forem tomadas medidas adequadas contra a corrosão, a estrutura atingirá rapidamente o limite de danos.

(3) Excelente resistência à fadiga

Os materiais de PFR têm excelente resistência à fadiga. Estudos têm mostrado que o BFRP pode ser carregado cíclicamente dois milhões de vezes em cerca de 60% do estresse máximo sem fratura. Sob a mesma razão de estresse, a resistência à fadiga do CFRP é significativamente melhor do que a do aço estrutural.O ensaio de fadiga da estrutura de concreto armado reforçado com FRP mostra que a falha do espécime começa a partir da fratura de fadiga da barra de aço.

(4) Designabilidade forte

A designabilidade da PFR reflete-se principalmente em dois aspectos.Por um lado, o desempenho de materiais compostos pode ser projetado alterando a direção e a sequência das camadas de FRP, de modo a maximizar o efeito de reparo.Por outro lado, existem muitos tipos de PRF, e diferentes PRFs têm diferenças óbvias em módulo elástico, resistência, alongamento, etc. Através da mistura de diferentes FRPs e da combinação de FRP e aço, as propriedades mecânicas abrangentes da FRP podem ser melhoradas, e materiais estruturais que atendam às exigências de diferentes estruturas de engenharia e alto desempenho abrangente pode ser realizado.

Características da estrutura de aço reforçada externamente FRP

A tecnologia de estrutura de aço de reforço FRP com ligação externa é colar a chapa FRP à superfície da parte danificada da estrutura de aço, recobrindo um adesivo especial na superfície da área danificada da estrutura de aço.Um método de reforço para fazer a estrutura de aço e FRP colados em um todo, coordenar deformação e trabalhar em conjunto.Em comparação com o método tradicional de armadura de estrutura de aço, a tecnologia de estrutura de aço de armadura de pasta externa da FRP tem vantagens óbvias, que podem ser resumidas nos três aspectos seguintes:

(1) Vantagens no desempenho do material

Em comparação com a placa de aço no método tradicional de armadura, o material FRP tem maior resistência específica e rigidez específica, e a quantidade de FRP necessária para atingir a mesma resistência é menor e mais leve. Portanto, o peso e o tamanho da estrutura original basicamente não são aumentados após a armadura.A FRP tem boa resistência à corrosão ao ácido, álcali, sal e outros meios corrosivos. Embora o preço do próprio material FRP seja maior do que o do aço, o reforço FRP pode reduzir os custos de manutenção no período posterior, reduzindo assim o custo do ciclo de vida da estrutura.O material de PFR tem boa resistência à fadiga e pode evitar o efeito adverso do método tradicional de armadura da própria placa de aço sobre o efeito de armadura.O FRP é altamente desenhável, e o efeito de reparo pode ser maximizado alterando a composição do FRP e a direção e ordem de revestimento do FRP de acordo com o grau de dano e estresse da estrutura.

(2) Vantagens em vigor desempenho

Em comparação com o método de soldagem e aparafusamento de chapas de aço, o reforço de pasta externa FRP não adiciona novas soldas, não gera tensão residual e não requer perfuração do metal de base. Portanto, basicamente não há danos à estrutura original, e nenhuma nova fonte sensível à fadiga será formada.Em comparação com o método de colar a placa de aço, devido à pequena espessura do PRF, a concentração de tensão da interface de união é menor. Além disso, a FRP externamente ligada pertence à conexão interplano, e toda a superfície de união pode suportar a carga, que supera os defeitos do método de soldagem apenas dependendo da costura de soldagem e do método de conexão parafuso apenas dependendo do parafuso para transmitir a força, de modo que a transmissão de força após a armadura é mais uniforme e eficaz

(3) Vantagens na construção

O método de armadura de pasta externa FRP é conveniente e eficiente na construção. Através do reforço da pasta externa da FRP, as perdas econômicas causadas pela interrupção do tráfego e pelo desligamento da produção podem ser significativamente reduzidas. Além disso, o reforço de pasta externa FRP não requer chamas abertas, e é adequado para o reforço de ambientes e componentes especiais, como refinarias de petróleo e oleodutos.