钢筋混凝土结构中 FRP 钢筋的使用：法国 AFGC 指南概述

FRP钢筋（螺纹钢）由连续的高性能纤维和有机基体组成，与碳钢或不锈钢螺纹钢等传统钢筋相比，具有显著的轻量化、耐腐蚀、优异的机械性能等优势，通常还具备绝缘和非磁性特性。在钢筋混凝土（RC）结构中应用此类材料，欧洲和国际上已展开了广泛的研究并提出初步建议。此外，欧洲规范化委员会正积极地将玻璃钢螺纹钢纳入修订中的欧洲规范2（Eurocode 2）。

法国土木工程协会（AFGC）成立了一个工作组，汇集学术界、研究机构、企业、项目业主和制造商等利益相关方，共同制定国家级建议。该建议于2021年完成，并于2023年翻译成英文。

本指南重点介绍了四种玻璃纤维增强塑料（FRP）螺纹钢，按基材类型分为碳纤维（CFRP）、芳纶（AFRP）、玻璃纤维（GFRP）和玄武岩纤维（BFRP）增强塑料，常见的基体包括乙烯基酯和环氧树脂。已有多种技术可以提升玻璃纤维增强材料与混凝土之间的粘结性能，如砂涂层、机械加工和螺旋纤维嵌入等。

在这种情况下，AFGC指南的第一章提供了系统的方法和建议，用于表征玻璃钢螺纹钢的物理化学特性（表1）、机械特性（表2）以及玻璃钢/混凝土界面的粘结特性和锚固系统性能。该指南旨在整合北美的基本属性（包括横截面范围、弹性模量、抗拉强度及最小弯曲半径）和法国市场上普遍的钢筋尺寸（钢筋直径）。表1和表2概述了主要材料特性、推荐的测定方法和建议的规格。

AFGC指南的第二章涉及玻璃钢螺纹钢的耐久性，强调了外部腐蚀介质和机械应力的影响。20年实地暴露的玻璃钢加固结构调查显示，玻璃钢螺纹钢筋未出现明显损坏。而在碱性环境中的加速老化试验中出现了更多不利影响，尽管这些结果可能无法完全反映实际使用条件。在这种情况下，指南对疲劳、蠕变和耐碱性能的测试协议及性能限制提出了建议（表3）。

温度升高对玻璃钢钢筋的拉伸性能有显著影响，影响程度因材料组成和工艺等因素而异。尽管对玻璃钢/混凝土粘接性能的温度影响研究有限，观察表明，界面性能的降幅大于玻璃钢本身的拉伸性能。根据AFGC 2023准则，建议最高使用温度应低于玻璃钢螺纹钢特性转变温度（Tg）20°C。在防火设计中，可采取类似于钢筋混凝土结构的方法，临界温度定义为玻璃钢拉伸强度降低50%的温度，锚固区应布置在火灾风险较低的区域。

指南的第三章提供了一套综合设计方法，用于在混凝土结构中安全应用玻璃钢加固材料，涵盖各种静态加载和疲劳条件，包括弯曲、剪切、压缩和组合加载。指南基于当前Eurocode 2版本，并结合现有准则对玻璃钢加固进行了适当调整，不考虑玻璃钢钢筋的塑性再分布和压缩加固。

在极限状态（ULS）设计中，抗拉强度设计值fFRP,d由特征值fFRP,k得出，使用部分安全系数γFRP和环境因素αFRP（表4），如公式1所示（表4）。指南列举了三个设计实例，包括双跨T型梁（图1）、挡土墙和地面停车柱，强调在玻璃钢钢筋加固的混凝土结构中，适用性极限状态至关重要，这与传统钢筋的设计主要依据极限状态的约束不同。

图1 T 型梁纵向和横向 FRP 加固（剪力）的配置：跨中和支撑上的布

在法国，玻璃钢加固材料尚未有CE或NF认证的监管框架，这给玻璃钢螺纹钢的广泛应用带来了挑战。然而，该指南与欧洲建筑产品的质量控制实践保持一致，通过外部评估机构监督的测试对基本特性进行初步评估，并通过全面控制程序进行持续评估和验证。该计划明确了制造商的责任，包括内部工厂生产控制和分配给外部监督机构的任务。此外，指南还就玻璃钢加固材料的储存、处理和现场应用提供了详细的指导。

AFGC 2023指南旨在帮助工程师和设计单位设计和验证使用玻璃钢螺纹钢筋加固的混凝土结构。尽管该指南不具备规范性权威，但它提供了宝贵的建议。目前欧洲正处于制定设计和认证标准（包括CE标志）的过程中，未来AFGC指南可能会随欧洲标准的推进而更新。

为进一步完善AFGC指南中的建议，还需在玻璃纤维增强材料的环境和机械耐久性、新型热塑性基材的应用、火灾和火灾后行为等方面开展更多研究。玻璃钢加固材料在不同几何形状的耦合器和锚固系统上的应用，也需要深入探讨。关于玻璃钢螺纹钢加固的混凝土结构的设计，建议进一步研究其在剪力作用下的行为、在压缩区的性能，以完善弯曲建议，并研究混合加固（结合玻璃钢和钢筋）和地震行为的相关内容。

参考文献：

[1] CNR-DT203 (2006)：《纤维增强聚合物（FRP）钢筋混凝土结构设计与施工指南》

[2] FIB (2007)：第40号公告，《混凝土结构中的FRP增强材料》

[3] CSA-S806-12 (2012)：《纤维增强聚合物建筑结构的设计与施工》

[4] ACI440.1R-15 (2014)：《玻璃纤维增强聚合物（GFRP）钢筋混凝土结构的设计与施工指南》

[5] AASHTO (2018)：《GFRP增强混凝土桥梁的LRFD设计规范》——第2版

[6] ACI440-11 (2022)：《玻璃纤维增强聚合物（GFRP）钢筋混凝土结构的建筑规范要求——规范与评注》

[7] AFGC (2023)：《用于钢筋混凝土结构的纤维增强聚合物（FRP）钢筋的使用建议》