2020年国际期刊审查：工程科学与技术结构维修研究进展及作者信息

工程科学与技术，国际期刊23（2020）1244审查结构维修阿里放大图片创作者：Mohammeda，b，Alan C.Manaloa，Wahid Ferdousa，Yan Zhugec，P.V.作者：Vijayd，Ashraf Q.Alkinanie，Amir Famfa澳大利亚图文巴4350南昆士兰大学土木工程和测量学院未来材料中心b伊拉克巴格达，穆斯坦西亚大学工程学院环境工程系。c&南澳大利亚大学自然建筑环境学院，阿德莱德5001，澳大利亚d西弗吉尼亚大学土木与环境工程系，西弗吉尼亚26506，美国e马来西亚国立大学土木工程学院，槟城，14300，马来西亚f加拿大安大略省金斯敦皇后大学土木工程系阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2019年2020年2月16日修订2020年2月17日接受2020年3月2日网上发售保留字：损害结构修复预制FRP复合导管架劣化FRP复合材料护套接头A B S T R A C T纤维增强聚合物（FRP）复合材料在修复现有和老化的结构中引起了极大的关注，因为传统的修复技术在耐久性、自重和复杂的安装过程方面存在一些限制。预制FRP复合导管架是修复位于水下和水线以上的桥梁桩的首选解决方案，因为它们可以轻松地放置在受损桩周围，形成坚固的单件修复系统。在这种修复系统中，导管架的结构连续性对于有效利用其最大强度至关重要。本研究对使用预制复合材料导管架进行结构维修的现行做法和新机会进行了广泛的审查。重要的设计考虑，以有效地利用预制FRP复合夹克修复结构的介绍和分析。审查还确定了挑战，并强调了未来的研究方向，以提高新兴的复合材料修复系统的接受和使用。©2020 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。内容1.导言. 12452.现有导管架修理系统12453.预制FRP复合材料修复系统12464.影响使用预制FRP修复系统进行4.1.现有结构的状况4.1.1.环境条件12494.1.2.伤害等级4.2.FRP复合护套12514.2.1.厚度12514.2.2.纤维类型和方向12514.3.加入系统12514.4.灌浆系统12525.评估预制FRP修复系统有效性的现有模型12536.未来的研究与展望1254*通讯作者：南昆士兰大学土木工程与测量学院未来材料中心（CFM），Toowoomba 4350，澳大利亚。电子邮件地址：ali. usq.edu.au（A.A. 穆罕默德），allan. usq.edu.au（A.C. Manalo），wahid.ferdous@ usq.edu.au（W. Ferdous），yan.zhuge@unisa.edu. au（Y.Zhuge），p. mail.wvu.edu（P.V. Vijay），ashrafqays@student.usm.my（A.Q. Alkinani），amir. queensu.ca（A. Fam）。由Karabuk大学负责进行同行审查https://doi.org/10.1016/j.jestch.2020.02.0062215-0986/©2020 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchA.A. Mohammed et al. / Engineering Science and Technology，an International Journal 23（2020）1244-125812457.结论1255竞争利益声明致谢1256参考文献12561. 介绍在全球范围内，包括公路桥梁、公路、铁路、港口和机场在内的民用基础设施对经济发展和进步至关重要。然而，保持这种基础设施处于有效的工作条件是昂贵的和具有挑战性的。钢、木材和混凝土结构容易受到恶劣的风化侵蚀，包括氯化物和硫酸盐渗透，尤其是在海洋或采矿环境中，这会影响其完整性并导致其性能显著恶化[1，2]。例如，许多沿海桥梁仅30年的使用寿命，考虑到它们的设计使用寿命约为100年[3]，这是早期的。Nkurunziza等人[4]引用的一份关于混凝土结构耐久性的报告指出，在许多国家（包括澳大利亚、美国、加拿大和欧盟国家），维修和恢复成本占基础设施支出的很高比例。联邦科学与工业研究组织（CSIRO）报告称，腐蚀损害每年给澳大利亚经济造成的损失超过130亿美元[5]。在美国，575，000座桥梁中约有40%同样的问题也存在于加拿大，据估计，超过40%的40年前建造的桥梁存在严重的钢筋腐蚀[4]。Jumaat等人[6]指出，对现有建筑物的维护和维修工程的投资约占建筑总支出的50%。在大多数应用中，由于新设计、材料、机械和劳动力的高成本，以及有效修复结构的长使用寿命，修复受损结构是优选的，并且比更换它们更经济。因此，许多行业和研究机构正在努力优化当前的修复技术，并开发更有效的技术。使用关键词“结构修复”进行的Scopus数据库检索仅限于工程作为主题领域和文章作为来源类型。结果显示，从2003年到2010年，2018年（图1），强调了有效修复技术的需求和必要性。修复受损和恶化的结构，混凝土、钢、纤维增强聚合物（FRP）制成的导管架复合材料现在是常见的并且已经被广泛采用，因为这些导管架通过最小化结构停止使用的时间而具有高的经济效益。这些导管架的使用还通过将日常运营服务的延迟减少到相当大的水平而显著节省了时间和资源。混凝土导管架是用于加固钢筋混凝土结构的一种新技术。 许多研究表明，钢筋混凝土导管架可以有效地恢复这些退化构件的结构功能[7此外，钢套壳还用于加固和改造具有结构缺陷的RC构件[11FRP复合材料的可塑性使其在民用应用中必不可少[15-许多玻璃纤维增强塑料（GFRP）修复系统已在全球范围内用于修复受损的混凝土、钢和木结构，并延长其使用寿命[19同样，碳纤维增强塑料（CFRP）也是用于抗震维修和/或需要更大限制压力以增强结构能力的良好替代品，因为其机械性能高于玻璃纤维增强塑料导管架[25这种广泛的复合材料导管架修复系统的可用性需要有针对性的方法来评估每种技术的优点和缺点，以充分探索其在修复受损和恶化的结构中的潜力。这项研究对目前的做法进行了系统的回顾，采用预制复合材料导管架进行结构修复，并讨论了影响采用这些导管架进行结构修复的因素有关用于结构维修的预制复合材料导管架的最新发展信息有助于了解其性能并确定其应用中的关键因素此外，本文确定了最先进的修理系统的差距，并提出了新的研究和开发领域的建议，需要进一步探索，以提高新兴的和新的复合材料修理系统的接受和使用。2. 目前的导管架修理系统拼接损坏的钢结构和木结构涉及用相同材料的新部分替换损坏的部分。例如，修复腐蚀钢结构的常见做法是在其上栓接或焊接新的钢截面Fig. 1. 根据Scopus，2003年至2018年结构维修需求增加。图二. [21]第21话1246A.A. Mohammed等人/工程科学与技术，国际期刊23（2020）1244图3.第三章。钢筋混凝土柱修复使用钢筋混凝土和钢夹克。a）RC导管架[8]b）钢导管架[14]。[34].这种技术于1943年在法国首次使用，当时矩形钢筋被焊接在一排铆钉之间以加固旧钢桥[35]。类似地，拼接木结构涉及移除旧桩的损坏部分，并使用金属螺栓拼接新件，如图2所示[21]。这种技术的一个例子是加纳的Kaase木桥修复，其中25年的腐烂木桩被替换为由与桥梁建造相同类型的原始木材制成的新构件[36]。图3显示了实际应用中的钢筋混凝土和钢导管架。混凝土夹套技术是一种最早和最流行的修复技术，适用于混凝土和钢结构的细节不佳或缺陷钢筋混凝土护套/外壳已被用作腐蚀钢和受损木桩的修复方法，这些木桩遭受严重的截面损失[37]。Hawkswood[37]列出了几个使用钢筋混凝土导管架成功修复腐蚀钢桩的为了修复受损的结构，在混凝土包裹之前，在所需位置焊接了角钢钢筋。另一方面，钢导管架通常由角钢或钢板组成，不同厚度、宽度和间距的板条[38]主要用于加固方形或矩形截面。它们相对更容易安装，并且与RC护套相比具有更小的厚度。水泥或环氧砂浆填充导管架和立柱之间的间隙。已经进行了几项研究，调查钢护套用于修复和加固钢筋混凝土结构的有效性[39Abdel-Hay和Fawzy[14]使用钢套修复损坏的RC柱，其中通过消除RC柱中间三分之一处的箍筋来模拟腐蚀在每侧使用10个直径为6 mm的锚栓将导管架锚定到柱上，并使用注射板填充钢导管架和改装柱之间的间隙试验结果表明，加固后的混凝土柱在承载力超过原柱极限承载力的90%时，均发生了破坏，破坏原因为加固部位混凝土的挤压破坏。使用传统的方法修复受损的木材、混凝土和钢材等材料在某种程度上是有效的然而，修复方法与各个方面相互关联，例如材料兼容性，负载转移，连接，有效性，未来维护，修复停机时间和环境条件等因素。以某工程为例，由于竖向荷载的承受不当，致使受损木桩的拼接效果大打折扣由于两个木桩部分[21]的表面之间的拼接中的间隙，此外，海洋蛀虫和船蛆通过这些间隙进入并攻击未经处理的木材。而钢筋混凝土和钢导管架结构体积大、体积大，增大了被加固构件它们还显著增加了影响地基和/或在地震事件中吸引更多载荷的整体结构自重[44]。此外，钢筋混凝土和钢导管架的钢筋锚固是一项复杂的任务。在海上结构物的情况下，出于安全原因，在所谓的“热作业”期间需要关闭设施的生产，此外，钢导管架不适用于腐蚀性环境中的混凝土结构，例如海洋环境或遭受除冰盐的桥梁[13]。此外，使用与它们最初建造时相同类型的材料来修复劣化的结构是不切实际的，并且从长远来看是无效的，因为修复的部分将经受导致原始结构劣化的相同条件，并且修复周期可能永远不会结束。因此，更耐用和可靠的维修系统和材料具有长期的有效性，如玻璃钢复合材料是必要的。3. 预制FRP复合材料修复系统与传统材料相比，FRP复合材料在加固和修复民用基础设施方面具有独特的优势。除了耐腐蚀特性（这是其主要特征）之外，FRP复合材料的易于安装使其能够高效地解决传统材料和维修实践的缺点，如侵蚀性海洋环境、有限的进入、自重以及RC和钢导管架的复杂性[45]。各种形式的可用性，包括可以缠绕在梁和柱周围的柔性薄板，是刚性钢板的显著优势。此外，FRP复合材料的优异性能，如轻质、高强度、高疲劳能力（特别是碳FRP）、高冲击强度和耐久性[46]，使其优于传统修复技术，并使其有资格有效修复和加固受损钢筋混凝土和钢结构[47除了强度要求外，FRP复合材料还可以作为结构构件的保护屏障，以抵御恶劣的环境和风化条件，例如氯离子渗透、海洋钻孔和波浪，A.A. Mohammed et al. / Engineering Science and Technology，an International Journal 23（2020）1244-12581247使其迅速变弱和恶化[21]。FRP复合材料的这些有利性能使其获得了世界范围的认可，并受到研究人员和建筑行业的极大关注。FRP复合材料已被有效地用于恢复海洋码头受损木墩的结构强度[21]、修复钢桥[23]、修复腐蚀和严重开裂的RC桥梁排架[31]、对严重混凝土破碎和纵向钢筋断裂和屈曲的桥梁柱进行抗震修复[25，26]、修复与灌浆拼接套管和环氧锚固带头钢筋连接的严重受损预制RC柱[50]以及提高RC结构的强度和延性[51根据其制造方法，FRP修补/加固系统分为两组：湿敷和预制系统[57]。许多研究人员已经成功地证明了外部湿敷FRP包裹在修复和加固RC结构中的有效性[58在Sen和Mullins[19]进行的一项研究中，在美国佛罗里达州坦帕湾，预浸渍湿铺层FRP修复系统被用于水下圆形RC桩的紧急修复潜水员为单个独立桩提供了深水桩的通道，并在同一弯曲处的桩周围作者在包扎两年后进行的评估表明，修复是成功的，可以在今后的工程中采用。Manalo等人[49]表明，预挂CFRP系统可以有效地恢复具有模拟裂缝和80%腐蚀损伤的I形钢梁Saintle和Asa[63]还采用湿铺法，用环氧树脂对E-玻璃护套进行了处理，以修复美国阿拉巴马州使用了30年的圆形木杆湿铺层FRP复合护套厚度为5 mm，在距离底部2 m处缠绕在电线杆上，长度为850mm。悬臂弯曲试验表明，修复后的电杆可恢复承载能力85%以上这些研究表明，湿铺FRP包裹是一种有效的技术，在修复损坏的结构。当需要紧急可拆卸性，但在准备和安装FRP导管架方面需要良好的工作质量时，该技术也是优选的此外，如果修复工作在水下进行，则将更难以执行、监测和固化湿铺层系统，特别是当需要多于一层时。在准备护套时，苯乙烯排放也存在安全问题，这限制了该技术的充分使用[64]。因此，预制系统已成为修复水下或难以进入区域的结构的首选技术。预制复合材料修复系统的制造地点为专门的工厂和交付到现场准备安装包。这些修补系统比湿铺层更可取见图4。 木材桩修复[21]。图五. [66]第66话我的世界见图6。 钢桥桩修复[23]。见图7。 PileMedicTM[67].技术，因为它们是在良好控制的装配条件下生产的，安装更容易、更快、更安全，需要更少的现场劳动力[64，65]。预制FRP导管架作为永久性模板和防护罩，正广泛用于定期和水下结构维修。FRP壳体与处理后的结构之间的间隙1248A.A. Mohammed等人/工程科学与技术，国际期刊23（2020）1244构件填充有无收缩灌浆或混凝土。在文献[21，23，66-68]中有几个Lopez-Anido等人[21]建议使用3.3 mm厚的预制FRP复合壳体作为修复系统，以保护和恢复圆形受损木桩的结构完整性波特兰港，缅因州，美国（图。 4）。建议的修复系统包括至少两个FRP预制壳体，沿圆周方向用条带或临时条带将其保持在一起。另一种预制FRP修补系统是由编织垫和短切纤维布与单缝FRP壳体组成，用于修复纽约市滨水建筑物如图5所示[66]。除了强度贡献，这两个系统作为一个环境保护屏蔽核心桩和渗透模板灌浆。Vijay等人[23]使用预固化FRP壳体和预浸织物修复美国西弗吉尼亚州韦恩县东林恩湖营地地面桥的腐蚀H型钢桩（图6）。自固结混凝土用于填充FRP外壳和H型钢桩之间的间隙，其中FRP外壳用作灌浆的永久模板。该修复系统的安装过程要求在应用预浸纤维网之前首先安装预制FRP壳体，预浸纤维网在灌浆之前需要几天固化。因此，在这种做法中，延长了安装时间和高昂的人力成本。Ehsani[67]开发了FRP无缝导管架PileMedicTM，该导管架由薄而灵活的织物层压材料组成，宽度可达1500 mm，用于桩修复。但是，由于采用了图7所示的螺旋缠绕方法，因此在建造立柱或桥墩时，它不能用作模板。Beddiar等人[68]使用了一种GFRP预制导管架，该导管架由三个相同的壳体组成，通过阶梯式搭接接头连接在一起，壳体和方柱之间填充有补偿收缩的水泥砂浆。试验结果表明，与未受顶推的混凝土试件相比，轴压承载力和延性分别提高 了 31% 和 74% 。 然 而 ， 这 是 以 横 截 面 积 增 加100% 为 代 价 的 。Karagah等人[69]实施了一项大规模实验研究，以证明使用两种不同类型的灌浆填充FRP导管架修复的水下腐蚀I形钢桥桩的结构性能。第一个由两层预制的柔性CFRP包裹在桩周围，并使用水下固化粘合剂粘合。第二种类型由两层FRP系统组成，其中第一层使用两层GFRP见图9。GFRP复合桩修复系统[70].第一层是使用船用粘合剂和螺钉安装在桩周围，而第二层是使用湿铺层技术在GFRP层结果表明，两种修复体系都能恢复和提高桩的轴向强度，第二种修复体系比第一种修复体系提高了11%。Wu和Pantelides[25，26]提出了一种RC桥梁柱的快速抗震修复方法，该方法根据现行规范设计，干预最小。修复方法包括碳纤维增强塑料圆柱壳，环氧树脂锚固的头部钢筋，和钢环与螺栓周围的原始列如图所示。8.第八条。CFRP壳体由环向和竖向单向层合板组成，外包有头钢筋，内部填充无收缩混凝土，以改变柱的在CFRP壳体中提供垂直纤维，以增加壳体在轴向方向上的拉伸能力，从而避免周向裂缝[25，26，50]。钢环与剪力钉的结合改善了原柱与修补混凝土之间的粘结，提高了整个CFRP“圆环”的结构完整性。图图9示出了GFRP复合桩修复系统的原型见图8。 地震修复方法[26]。A.A. Mohammed et al. / Engineering Science and Technology，an International Journal 23（2020）1244-12581249见图10。 GFRP护套[71]。2005年在澳大利亚新南威尔士州北部的Missingham大桥成功地进行了桩的水下修复试验[70]。图10示出了另一种FRP修复系统，其具有安装在桥桩周围的榫槽连接系统，其中金属螺钉通过接头螺栓连接。如表1中所示的现有预制FRP修复系统的总结所示，由于其容易和快速装配，具有金属螺钉的榫槽连接系统是FRP修复系统的实际应用中最常见的技术。然而，在该技术中使用金属螺钉的耐久性始终是一个问题，因为它们在抵抗恶劣环境条件方面不具有与FRP髋臼杯相同的特性。连接系统的故障导致护套打开，导致其功能丧失。因此，用于结构维修的预制FRP复合导管架的有效性主要取决于连接技术，因为它负责为维修系统提供完整的连续性。因此，迫切需要为预制FRP修补系统创新一种有效的连接系统，以确保结构沿环向的连续性4. 影响预制FRP修补系统预制FRP修复系统的工作原理是将柔性FRP外壳放置在退化结构周围，然后用非收缩灌浆填充物填充外壳和修复结构之间的间隙。修复系统的长期有效性主要取决于FRP导管架的耐久性，而耐久性取决于其固有性能。Hollaway[74]提出了在各种环境中有效利用FRP复合材料的耐久性考虑因素。例如，不推荐使用芳纶纤维在碱性和酸性环境以及紫外线照射下使用，而在使用玻璃纤维时建议谨慎考虑在碱性环境中，由于玻璃中存在二氧化硅。另一方面，碳纤维对碱或溶剂的侵入具有抵抗力，但会经历电化学腐蚀。因此，ACI-委员会[57]引入了环境减少因子用于FRP修补系统，以考虑不同暴露条件下的耐久性影响修复系统的结构有效性与修复系统设计中必须考虑的几个因素有关，包括现有结构的条件及其组件（即FRP导管架、连接系统和灌浆系统）的性能和尺寸。这些因素对修复系统的影响讨论如下：4.1. 现有结构在进行任何修复策略之前，退化结构的状况及其损坏程度是评估的关键参数。在选择适当的维修技术之前，考虑现有的现场和环境条件也很重要4.1.1. 环境条件在恶劣环境中，由于外部环境的影响，结构容易出现耐久性问题，从而影响其使用性能和结构可靠性。Davis[75]将海洋环境基础设施（例如桩）分为不同的区域：水下（桩的延伸部分从0.3 m到1.0平均低潮至泥线以下m）、潮汐区（在平均高潮和平均低潮之间延伸的桩体部分，该部分经受干湿循环）、飞溅区（桩体部分高于平均高潮，在该部分处桩体经受水滴润湿）和大气区（桩体顶部，在该部分处桩体经受波浪飞溅的最小润湿）。位于潮汐区的结构部分被认为是最关键 的 构 件 [76] ， 因 为 它 们 会 受 到 物 理 和 化 学 攻 击 。 Safehian 和Ramezanianpour[77]还发现，潮汐和飞溅区受到最具侵蚀性的风化侵蚀，通常会因氯离子进入混凝土而导致钢筋腐蚀[78]。此外，潮汐带中波浪和潮汐的运动引起物理碰撞、侵蚀和磨蚀[79]。这种环境中的钢结构容易因腐蚀损坏而导致截面损失，从而降低其结构性能【80，81】。例如，东林恩湖营地大桥被缩小到一条车道，然后在发现其桩中的钢截面损失高达60%后完全关闭[23]。另一个例子是，海洋蛀虫和生物可能对海洋木桩造成广泛的损害。在美国缅因州波特兰港，由于周围恶劣的环境，几个木桩严重腐烂，并被归类为结构缺陷[21]。侵蚀性土壤和酸性侵蚀是其他类型的严酷环境。导致显著结构退化和性能损失的构件[82人们担心铁、钢和其他金属会 被 埋 在 侵 蚀 性 土 壤 中 ， 因 为 它 们 表 现 出 明 显 的 腐 蚀 速 度 。Montgomery[87]报告了另一个问题：严重的硫酸侵蚀损坏了位于美国大西洋海岸的化工厂的桩基础然而，如果使用中等抗硫酸盐或高抗硫酸盐水泥，混凝土不会受到硫酸盐侵蚀的严重损坏，这取决于暴露的程度[88]。4.1.2. 环境受破坏程度钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构面临的最主要的退化问题。它导致混凝土开裂、粘结强度减弱、钢横截面损失以及可用性和结构功能损失[89Manalo等人[97]指出，在高1 m、直径250 mm的圆形RC柱1250A.A. Mohammed等人/工程科学与技术，国际期刊23（2020）1244表1FRP复合材料在实验室和实际结构中的应用总结参考描述接合系统发展水平优势缺点Lopez-Anido等人[21日]Van Erp等人由单向E玻璃层（0°和90°）和短切原丝层制成的圆形GFRP壳体圆形GFRP复合桩修复系统两个重叠的贝壳绑在一起。复合销研发原型快速安装永久模板快速外部金属带容易损坏，导致护套打开。沿环[70个国家]安装永久威廉姆斯[66]单缝圆形玻璃钢夹套榫槽应用模板快速螺钉和外带是埃赫萨尼[67]用环氧树脂浸渍股线和编织垫。薄、柔性和连续的GFRP护套包裹有金属螺钉的无缝夹克应用安装永久模板快速易损坏，导致护套打开。这种制度不能作为一种形式，沿着这一堆。安装由于其包装技术。[71]第七十一话Beddiar等人圆形、H桩、方形/矩形或八角形GFRP导管架三个相同的GFRP段粘合在一起，形成带金属螺钉粘接阶梯搭接应用研发快速安装永久模板各种形状永久螺钉容易损坏，导致护套打开。复杂且连续性差，[68个]一个圆柱形的壳。联合模板箍环Vijay等人[23]五星级酒店[72]圆形玻璃钢外壳和包裹用预浸玻璃钢织物Five Star PileForm圆形、H形桩或方形/矩形GFRP导管架玻璃钢预浸布缠绕带金属螺钉应用程序应用程序永久性模板快速安装永久性模板各种形状安装时间长，人工成本螺钉容易损坏，导致护套打开。[73]第七十三话Karagah等人碳玻璃纤维复合圆形护套CFRP或CFRP和GFRP组合导管架，胶接搭接接头粘接搭接应用研发快速安装永久模板快速沿环的沿环的[69]第六十九届使用湿铺法将CFRP层安装在GFRP外壳上-上技术。联合安装永久吴和碳纤维圆柱壳粘接搭接研发模板地震仅限于柱Pantelides[25，26]带头钢筋联合永久性模板至钢筋锚固处。见图11。 Stress–strain由于钢面积的损失，导致轴向承载能力降低56%Torres-Acosta等人的实验[94]表明，钢筋锈蚀损伤深度的增加是降低锈蚀钢筋混凝土梁抗弯强度的最重要参数，由于混凝土保护层剥落而暴露的钢筋会影响受损构件的结构性能，因为钢筋失去了其结构完整性和与混凝土的复合作用。Cairns和Zhao[98]进行的一项研究表明，在底部没有混凝土保护层的矩形梁中，由于钢和混凝土之间的粘结强度损失，发现50%的弯曲承载力损失。在另一项研究中，Vooghi和Saiidi[30]开发了一种三线性应力-应变关系（图11）根据五种可见损伤状态（DS）估算受损柱纵向钢筋中的现有应变，定义如下：DS-1（弯曲裂缝）、DS-2（最小剥落和可能的剪切裂缝）、DS-3（大面积裂缝和剥落）、DS-4（可见横向和/或纵向钢筋）和DS-5 [混凝土核心边缘的压缩失效，只有少数纵向钢筋可能表现出轻微屈曲（即将失效）]。 基于损伤状态，使用折减因子来修改图1的第一分支的原始斜率。 十一岁在同一图中，A点表示屈服应力和与修正刚度相关的应变，B点与给定损伤状态下的最大应变相关，C点是考虑应变率效应的修正极限点修复中需要考虑的另一个重要因素是，如果现有钢筋仍嵌入受损混凝土中[99]，或直接与新混凝土和约束混凝土相互作用[100]，则现有钢筋的粘结滑移效应。Harajli[99]开发了一种粘结-滑移关系，预测使用外部FRP护套进行加固时钢筋混凝土构件中粘结关键区域的粘结退化响应，包括钢筋直径、混凝土保护层比率和混凝土抗压强度的影响。此外，吴和Pantelides[100]在模型中加入了粘结滑移的影响，开发了一种用于精确模拟使用CFRP护套的修复柱-帽梁/基脚连接的抗震性能的方法。A.A. Mohammed et al. / Engineering Science and Technology，an International Journal 23（2020）1244-12581251钢结构，甚至镀锌钢在消耗了电化保护之后，在暴露于恶劣环境时会腐蚀，并且其强度能力相应地降低Beaulieu et al.[101]报道称，由于横截面积的损失，角钢构件中25%和40%的模拟腐蚀分别导致其抗压强度降低对于木结构，其横截面积损失超过50%的木桩需要更换，因为很难估计退化结构的剩余强度能力，并决定何时不再安全[102]。Pizzo等人[103]观察到由于质量损失和木材化学成分的改变 ， 腐 烂 木 桩 的 剩 余 抗 压 强 度 平 均 降 低 70% 这 些 结 果 与Klaassen[104]和Schniewind[105]建立的结果一致。可修复性阈值由初始修复设计的结果驱动，其中评估原始截面的剩余强度并计算FRP修复系统然后将两者的总和经济方面也被认为是维修的另一个标准。因此，需要一个适当的、经济有效的、可靠的和安全的维修系统来将这种恶化结构的能力恢复到可接受的服务水平。4.2. 玻璃钢复合护套厚度、纤维类型和纤维方向是影响FRP导管架系统有效性的三个主要材料参数。本节讨论每个参数如何影响FRP导管架的性能。4.2.1. 厚度FRP护套厚度对加固柱的强度和延性有很大影响。此外，它与FRP护套的施加约束压力直接相关，因为约束效率随厚度增加而增加[106]。Berthet等[107]Li et al.[108]研究表明，纤维增强塑料（FRP）包裹混凝土柱的强度和延性随FRP包裹厚度的增加而显著提高Hajsadeghi etal.[51]表明，由于围压随厚度的增加而增加，五层FRP布包裹混凝土柱的轴向应力和轴向应变能力均高于Parvin和Jamwal[109]的其他研究表明，所有FRP包裹柱的轴向强度均随包裹厚度的增加而增加。另一方面，平均环向应变随着FRP护套的片材数量或厚度的增加而减小。图12. Stress–strain curves of confined concrete with FRP tubes of variousthickness图十三.不同刚度FRP管的约束效果[115]。因为它们是逆相关的[110，111]。 Fam和Rizkalla [112]也证明了这种效应，如图所示。 12和13增加FRP护套厚度对钢结构和木结构具有相同的影响，因为施加的围压是最重要的[63，113]。然而，对于空心钢管，Teng等人[113]指出，一旦护套厚度达到特定阈值，其主要行为是空心钢管的向内屈曲变形，护套厚度的额外增加将不会产生显著的进一步益处，因为护套不能提供良好的向内屈曲变形阻力[113]。关于预制和准备安装的FRP导管架的厚度，没有规定上限值，因为它们是在专业工厂作为一个整体部件制造的。然而，由于附加层增加了潜在失效模式的数量，多层FRP层压板加固系统的厚度存在限制，例如，VicRoads[114]将FRP加固系统的层数限制为拉挤板最多2层，FRP织物最多3层。4.2.2. 纤维类型和取向预制FRP导管架所施加的围压大小是影响修复系统有效性的主要因素，并且受到纤维类型和方向的高度影响，例如，玻璃纤维比碳纤维更具成本竞争力，但后者具有优越的特性，而芳纶纤维与其他纤维类型相比具有较低的压缩载荷能力[52]。纤维沿着载荷方向定向以抵抗轴向载荷。然而，在预制FRP护套中，纤维沿圆周方向定向以产生更高的侧向应力，这反过来导致更高的轴向承载能力。此外，相对于环向和纵向方向具有各种角度倾斜的附加纤维用于提供对多轴应变的抵抗力，增加整个FRP壳体的结构完整性，并在失效时以更具延展性的方式表现[26，51]。最后，增加围压会显著增加延性增强率[106，107，120]。4.3. 接合系统采用多种技术连接导管加盟系统的类型1252A.A. Mohammed等人/工程科学与技术，国际期刊23（2020）1244图14. 加入系统。会影响修理系统的耐久性和使用极限例如，如果接头由与导管架主体不同的材料制成，则接头将具有不同的抵抗风化和环境侵蚀的能力导管架过早为了解决上述问题，提出并设计了许多连接系统;然而，它们的性能彼此差异很大。在Lopez-Anido等人[21]提出的修复系统中，FRP壳体中的裂缝彼此远离对齐，以避免沿壳体整个高度的薄弱线使用环氧树脂将每个髋臼杯的内表面然后使用环形金属带或临时带将髋臼杯固定在一起并实现结构修复。如图14a所示，滑动接头/榫槽是另一种常用的连接FRP护套端部的连接技术[121]。还使用环氧树脂和自攻金属螺钉将榫舌固定在凹槽中，以增加接头的这种技术被用于修复纽约市的海滨建筑[66]。此外，在所采用的修理系统中使用钢带金属螺钉损坏FRP壳体，并通过形成应力集中区域影响应力流，最终影响FRP壳体的抗疲劳性和寿命。另一种方法是Vijay et al.[23]在FRP外壳的外表面上使用了额外的水固化GFRP垫片，以将导管架端部保持在一起，防止其打开。Ehsani[67]提出了一种替代的无缝FRP修复系统，该系统由柔性FRP层压板组成，可以缠绕在受损构件周围最后，Beddiar等人[68]提出并使用了一种阶梯式搭接技术，将FRP导管架端部连接在一起（图）。 14 b）。每个台阶的测量长度为40 mm，以便为护套端部提供足够的重叠，此外还使用环氧树脂粘合在一起。人们担心商业上可用的预制FRP修补系统在环向方向提供有效结构连续性和实际约束的能力。 例如，由金属材料构成的接头和带易于腐蚀。此外，使用额外的FRP层和/或环氧树脂增加了安装时间，因为它们需要额外的时间来固化，这增加了安装/劳动力成本。这些限制可以通过将创新的可伸缩连接系统与FRP导管架集成来克服。4.4. 灌浆系统灌浆系统对预制FRP修补系统有效性的影响研究有限。然而，灌浆是在受损芯和外部FRP壳体之间传递应力以及在修复系统内发展复合作用的关键。水泥浆的功能性（关于荷载传递性和FRP护套的有效使用）取决于其抗压强度和弹性模量【23，122，123】。另一方面，在刚度高于20 GPa的灌浆情况下，灌浆厚度是无关紧要的，而在低刚度灌浆的情况下，较薄的灌浆比较厚的水泥浆更好，能在导管架系统的不同部件之间形成有效的复合作用，从而在芯部产生较低的应变[124]。Mohammed等人[122]揭示了预制FRP护套的性能受到填充物的抗压强度和弹性模量的强烈影响。由于水泥和环氧灌浆的脆性开裂和破碎行为，在FRP修复系统中观察到局部失效，而混凝土填充物的渐进失效导致FRP修复系统的高强度特性的有效利用。作者还得出结论，灌浆填充物的高抗压强度限制了其均匀转移周围应力的能力，e¼Ac ¼-2Dð Þ;DA.A. Mohammed et al. / Engineering Science and Technology，an International Journal 23（2020）1244-12581253由于脆性增加，FRP护套。Sum和Leong[125]进行的数值分析表明，由于修复系统的增强复合作用，增加环氧树脂灌浆刚度可以更好地传递应力，并更有效地利用复合套管作为高压钢管的修复系统。在另一项研究中，[126]强调了填充物和FRP外壳之间粘结强度的重要性，因为它会影响预制FRP护套的有效性，因为任何不连续或空隙的存在都会在FRP外壳中产生不均匀应力，导致过早失效。灌浆是FRP修复系统的重要组成部分，因为它为FRP外壳提供了光滑的表面，并对受损结构的损失轮廓进行了重新填充，这将确保修复系统部件之间的充分接触【123】。此外，当原始结构需要形状修改时，灌浆填充是必要的，即从正方形或矩形到圆形截面，以实现更有效的限制[127为了消除由于收缩而与FRP壳体分离，Fam和Rizkalla[115]在混凝土填充中使用因此，重要的是，这些参数的影响被认为是在预制FRP修复系统的设计5. 评估预制FRP修复系统有效性的现有模型众所周知，使用FRP护套横向限制混凝土可显著提高其强度和延性。在过去的二十年里，大量的研究已经进行了理解和模拟FRP约束混凝土的轴向行为。因此，考虑到柱的各种形状，即正方形、矩形、圆形和椭圆形[131，132]，已经开发了大约80个如Lam和Teng[120]所建议的，大多数可用模型可以分为两组：（a）设计导向模型[133-在面向设计的模型中，抗压强度、极限应变和应力-应变行为使用直接基于对实验结果的解释的封闭式方程进行预测。在面向分析的模型中，使用增量数值程序生成应力-应变曲线，以捕获FRP护套和混凝土芯之间的相互作用。因此，它们更适合于在基于计算机的数值分析软件[120]中的非线性有限元分析。相比之下，面向设计的模型特别适合在设计计算中直接实施，因为它们提供了一种工程师熟悉的方法来计算FRP约束RC结构的强度。因此，面向设计的模型被广泛采用在维修系统的应用。以往对钢筋混凝土柱加固的研究工作，使用FRP复合材料，重点是用FRP护套完全包裹的柱，以确保沿其纵向轴的约束连续性【111，152】。只有少数研究调查了部分用FRP复合材料包裹的柱，但与同等的无约束柱相比，也显示了强度和延性的增加[153然而，部分约束FRP复合材料的混凝土柱在本质上不如完全约束的柱有效，因为沿其高度存在非约束区域（图1）。 15a）。Mander等人[158]提出了一个模型来确定混凝土芯上的有效围压，并已在随后的几项研究中使用[153，159，160]。图15a显示了混凝土芯的有效约束区域，其中假设由于膨胀作用而使围压充分发展。假设初始斜率为45°的二次抛物线描述了反射效应。因此，引入约束有效系数（ke）来考虑如等式（1）（1）：kAe.1 秒21其中，Ac和Ae分别为横截面积和有效约束混凝土面积;s为两个FRP带，D为直径。因此，部分用FRP复合材料包裹的柱上的主动围压（rl，a）可按方程（1）计算（二）：rl a¼2tgEfehu×ke 2图15. 禁闭机制。其中，第一项说明了护套特性，因为tg是FRP护套的标称厚度;Ef是FRP的弹性模量ehu为FRP在环向的断裂应变。然而，在这方面，由于在大多数桩修复系统中进行部分限制Mohammed等人[161]提出了一个限制有效系数（hf/hlu），考虑了FRP护套的高度（hf）和柱的总高度（hlu），而不是限制区域（图15b），以预测使用预制FRP护套修复的受损RC混凝土柱的最大轴向荷载，dgi×hlu-：rco×：.1254A.A. Mohammed等人/工程科学与技术，国际期刊23（2020）1244胶结填充物用一个FRP段部分包裹的混凝土柱上的主动围压按方程（1）计算。（3）：在荷载传递能力和FRP系统的有效利用方面影响其功能的物理特性。高抗压强度灌浆降低了修复系统的有效性-rl;a¼2tgEfehuhfD× H陆ð3Þ这是因为它由于脆性增加而进一步的研究考虑了不同类型的具有成本效益的灌浆，此外，由Mohammed等人开发的模型[161]考虑了原始结构的损伤程度，同时预测了修复柱的轴向强度，详见方程式：（四）应进行联系，以优化维修系统的设计和使用。有趣的是，核心材料可以影响受限结构的强度增益。rcc<$rco. 5吨gEfehuhf1 3 1 22Aef一个完好无损的时间：