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彭绍源 李艳臣 胡哲
摘 要：在现代工程中，钢结构是主要的一种结构形式，在现代海洋基础设施建设中应用次数较为频繁。随着我国海洋建设行业的不断发展，大多数传统海洋钢结构建筑已经不能满足当下使用需求，必须要对其进行及时处理。高强纤维增强钢结构技术主要是将纤维片材利用粘结剂粘接于金属结构损伤部位，通过胶层将部分荷载转送到增强片材上，进而减轻钢结构材质破坏及疲劳破坏程度，进一步增加海洋钢结构使用时间。高强纤维增强钢结构技术与传统结构相比有明显优势。本文就玻璃纤维增强复合材料加固钢结构理论进行了分析，并对其进行了试验探究，望为后续工作者提供一些参考意见。
关键词：玻璃纤维 增强复合材料 加固钢结构
中图分类号：P75 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0066-02
钢结构具有多种不可替代的优点，如强度较高、抗震性能好、工业化程度高、可反复利用及自重轻等，是现代海洋工程结构中较为常用的一种结构方式。但由于影响钢结构的因素较多（如生产制造、周围环境、实际使用、具体施工等），致使钢结构在使用过程中或多或少存在部分缺陷及损坏，随着海洋钢结构使用时间的不断加长，其所出现的问题不断增加与融合且其影响程度也在不断加深，致使材料在海洋中的实际性能逐渐弱化，更有甚者，会导致海洋工程事故出现。在此背景下，如何加固钢结构及如何加固修复损伤结构已成为现阶段下海洋领域亟待解决的重要问题。
1 加固钢结构技术
随着现代城市化进程的不断加深，钢结构的应用范围也在不断扩大，在役钢结构中，包括建筑物、海岸、桥梁及近海工程、管道等。若海洋钢结构存在的差异及缺陷较为明显或使用条件发生了改变，应对其结构强度、刚度、稳定性进行及时检查，若检查结果不能够满足当前需求，应对海洋钢结构进行及时加固。而导致海洋钢结构加固补强的常见原因主要有以下几点：（1）在设计或施工中构成了钢结构缺陷，比如杆件切口较长、焊缝长度过短等。（2）海洋钢结构使用时间过长，或多或少地出现了锈蚀、磨损、操作失误等情况，进而导致了结构缺陷，严重削弱了结构构件截面。（3）由于工艺生产条件发生变化，增加了结构上的作用荷载力，超出原有结构承受力度。（4）在海洋钢结构制造过程中，钢材质量较差，不能满足当前施工需求。（5）因意外或多种自然灾害对钢结构造成严重损坏。（6）因地基基础发生下沉而导致的结构变形或损伤。以上几种因素都可能会导致钢结构出现缺陷，进而加大质量事故发生概率。
2 玻璃纤维增强复合材料组成
水泥、砂子、纤维水是组成玻璃纤维增强复合材料的基本材料，除此之外，其中还添加了聚合物、外加剂等多种材料用于改善后续性能。（1）水泥：在玻璃纤维增强复合材料中常用水泥主要有：普通硅盐酸水泥、快硬硫铝酸盐水泥、白色硅酸水泥、低碱度硫铝酸盐水泥。（2）纤维：在玻璃纤维增强复合材料中对纤维材料要求较高，其必须要使用耐碱玻璃纤维，主要包括耐碱玻璃纤维短切纱、耐碱玻璃纤维网格布、耐碱玻璃纤维无捻粗纱。国外其他国家对玻璃纤维增强复合材料中玻璃纤维氧化锆含量要求要大于16.5%，而我国在使用普通硅盐酸水泥时要求其含量必须大于16.5%。（3）聚合物：一般情况下，在玻璃纤维增强复合材料中添加丙乳为聚合物，丙乳又名丙烯酸酯共聚乳液。（4）外加剂：通常，在玻璃纤维增强复合材料中可选择性添加塑化剂、高效减水剂、早强剂、防冻剂、缓凝剂等多种外加剂，若当前制品中包括钢质增强材料、钢制预埋件时，不可应用氯化钙基作为外加剂。（5）其他材料：在玻璃纤维增强复合材料中，可依据实际情况来添加多种其他辅助材料。
3 试验方法
本次试验选取两点加载，四点弯曲的形式，对当前构件逐级施加荷载力。本次试验选取液压千斤顶为加载装置，利用液压控制台控制整体实验过程中的荷载；利用静态应变测试系统对本次试验中的數据进行系统记录，挠度采取百分表进行测量，以上全部是本次试验中所需记录的相关
表1 荷载随时间变化表
时间（h） 荷载（kN）
1 300
2 330
3 350
4 380
数据。详细试验过程如下：（1）首先，应将试验中可能用到的所有仪器进行对中，进而有效避免在加载过程中产生偏心荷载的概率。（2）在实施加载之前必须要对所有仪器的实际性能进行检查，并对其运行效果进行确定，所以，在正式试验之前必须要进行一次预加载。预加载可大概分为三级，每级取构件屈服荷载的20%，而后对其进行分级卸载，2～3级卸载完成。（3）在正式加载过程中必须实施分级加载方式，其原因主要是分级加载可有效控制加载速度，与此同时，还可实时观察结构变形实际状态，且读取数据过程也需要一定时间才能完成。因此各个级别的加载时间应小于4min，而两级加载之间必须要控制在10min以上，15min以下，进而更好地发挥结构变形的实际作用。（4）以钢梁的屈服荷载理论值为依据，并在此基础上，工作人员合理控制其递增加载，而后对其进行卸载，荷载力度必须要与钢梁的屈服荷载理论值相同，而后依据钢梁在屈服荷载下的实际状态来决定是否继续实施加载，加载过程中有无出现剥离现象是判断是否继续加载的重要依据。
4 试验过程
通过有关实验表明，屈服是造成构件最终破坏的主要原因。而玻璃纤维增强复合材料布并无出现明显的剥离现象，但是玻璃纤维增强复合材料却有明显的剥离现象。根据本试验中所得到的结果表明，端部应力大于剥离应力是产生剥离的主要原因，且在其加载过程中由于构建挠度的逐渐增大，其变形程度也都各不相同。
在对实验过程中的数据进行整理分析后，我们发现，钢梁破坏过程以弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段为主。刚刚加载时，荷载较小，钢梁尚处于弹性阶段，在此时玻璃纤维增强复合材料与钢梁志坚协调工作效果较好；但随着外界荷载力的不断增加，使得构件挠度不断增加，逐渐显现出了其非弹性性质。若继续对其增加荷载，会导致局部锈壳脱落，构件会发出剧烈响声。挠度及变形会在荷载值与屈服荷载相同时快速增大，而在此阶段后，荷载加大概率较小，但是挠度却可不断加大，直至构件破坏，此时，可以理解为该构件已达到了其极限荷载。
5 结语
综上所述，使用玻璃纤维增强复合材料来加固钢结构可有效提升构件的承载能力，进而提升海洋工程的整体效益。且随着片材厚度及宽度的不断加大，承载力的增加程度也逐渐增大，但与我们预期效果仍有相对出入。分析上述试验结果可得，在玻璃纤维增强复合材料中适当采用弹性力学知识可有效提升计算玻璃纤维增强复合材料的剪切应力、剥离应力的准确性。
参考文献
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