FRP复合材料在土木工程领域中的应用分析
土木工程中的新型复合材料应用

土木工程中的新型复合材料应用在当今的土木工程领域,新型复合材料的出现和应用正带来一场深刻的变革。
这些材料以其独特的性能和优势,为解决传统建筑材料面临的挑战提供了创新的解决方案,同时也为土木工程的发展开辟了新的途径。
新型复合材料通常具有高强度、高韧性、耐腐蚀、轻质等优良特性。
其中,纤维增强复合材料(FRP)是最为常见和广泛应用的一类。
FRP 由纤维材料(如碳纤维、玻璃纤维等)和树脂基体组成,其强度往往是传统钢材的数倍,而重量却只有钢材的几分之一。
这使得在土木工程中使用 FRP 可以大大减轻结构的自重,从而降低基础成本,并提高结构的抗震性能。
例如,在桥梁工程中,FRP 可以用于加固老旧桥梁。
由于长期的使用和外界环境的侵蚀,许多桥梁会出现结构损伤和承载能力下降的问题。
传统的加固方法如钢板加固,不仅施工难度大,而且会增加桥梁的自重。
而采用 FRP 材料进行加固,不仅施工方便快捷,而且能够有效地提高桥梁的承载能力和耐久性。
FRP 片材可以粘贴在桥梁的受拉区域,通过与原有结构共同工作,分担荷载,从而增强桥梁的整体性能。
除了 FRP,聚合物基复合材料也是土木工程中的“新宠”。
这种材料具有良好的耐化学腐蚀性和电绝缘性,适用于一些特殊的环境和工程需求。
在化工建筑中,经常会接触到各种腐蚀性介质,传统的建筑材料容易受到侵蚀而损坏。
使用聚合物基复合材料制作管道、储罐等设备,可以有效地抵抗腐蚀,延长使用寿命,降低维护成本。
此外,新型复合材料在高层建筑中的应用也日益增多。
随着城市人口的增长和土地资源的紧张,高层建筑的发展势在必行。
然而,高层建筑对结构材料的性能要求极高,既要保证强度和稳定性,又要控制重量和成本。
新型复合材料的出现为解决这一难题提供了可能。
例如,在建筑的外立面和装饰构件中使用复合材料,可以实现美观与功能的完美结合。
复合材料的可塑性强,可以根据设计要求制作出各种复杂的形状和图案,为建筑增添独特的魅力。
同时,新型复合材料在土木工程中的应用还涉及到智能材料的领域。
FRP在土木工程结构加固应用进展探究

FRP在土木工程结构加固应用进展探究近年来,纤维增强复合材料也就是FRP是一种新型高性能结构材料,在土木工程结构加固中得到广泛的应用, 我国在土木工程结构中对这一新型高性能材料做了研究工作,例如FRP材料技术、FRP加固设计技术、FRP加固施工技术等,研究表明,FRP在土木工程结构加固中的应用,显现的自身特点有高强、轻质、抗腐蚀温度作用下稳定性好等,工程优势有节省维修费用、施工便利、交通干扰较小、结构耐用持久等,利用这些特性和优势,在某些特定的条件下,FRP 材料可以代替具有传统的结构材料进行使用,这种材料受到土木工程界的重视与关注,在未来的结构加固领域,FRP材料的地位越来越重要。
本文介绍了土木工程结构中FRP材料的特点,分析了在土木工程结构中的应用与发展,以供工作参考。
标签:纤维复合材料(FRP);土木工程;加固应用土木工程学科的发展要依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。
FRP复合材料在土木工程结构加固工程中应用潜力很大。
FRP材料具有轻质高强、抗腐蚀性强、耐腐蚀耐久性能好、自重轻、施工方便、热膨胀系数与混凝土相近、抗疲劳、节省材料、施工方便、维护成本低等优点。
FRP材料的结构修复和形成新结构在土木工程中的研究与应用较多,结构修复包括维修、加固、更新等几个方面;形成新结构包括采用FRP材料形成新结构和FR材料与混凝土形成混合结构。
在21世纪的结构加固领域,采用FRP材料加固的应用范围越来越广,主要应用于加固混凝土、梁、板、柱、砌体结构、钢结构等。
土木工程中,各国政府对材料的安全性、耐久性、经济性是很重视的。
1 FRP在结构加固中的研究现状我国FRP材料的研究和应用与发达国家相比,技术水平还比较落后。
但是目前,我国应用FRP材料已完成多项工程,其发展前景还是很广,近些年来,我国有更多的研究单位加人到FRP材料的研发中来,因此,我国的FRP研发的技术领域得到快速发展。
它的发展也会带动市场材料的使用量,在土木工程领域中,FRP复合材料的应用在我国起步较晚,FRP材料队也土木工程建筑物来说,造价不能过高,FRP材料工程应用经验较少,造成FRP材料的应用比其他行业会滞后些,而工程师面对的FRP实践性问题也是关于这种材料加强结构的预期或先见效果,实践设计经验少,对FRP材料加固结构设计的标准和研究也很缺乏[1]。
FRP材料在土木工程中的应用

FRP材料在土木工程中的应用摘要:自20 世纪纤维增强复合材料(FRP)问世以来,已经在航天航空、军事工业、汽车工业、风力发电、化工工业等诸多领域有广泛应用。
而随着FRP 材料生产工艺的发展,当前FRP 材料在土木行业的中的应用也得到普及。
本文综述FRP 材料在土木工程诸多领域的应用,并展望FRP 材料的应用前景。
关键词:FRP 材料;土木工程;工程应用0 引言纤维增强复合材料(FRP)由两种或数种材料组合而成,通常一种为增强体,一种为基体。
增强体提供强度和刚度,而基体通常为连续相,维持纤维的正确方向和间距并保护它们免受磨损和环境影响[1]。
常见基体和增强体如表1 所示。
表1 常见的基体和增强体相比传统各向同性建材,如混凝土、钢材,FRP 材料高强轻质,能有效减轻结构自重;具有良好的耐腐蚀性,在酸、碱、氯盐腐蚀区域能够长期稳定工作,可以应用于化学工业、沿海工程、水下工程等领域;可设计性好,施工方便,能够提高装配化程度及劳动效率[2]。
但FRP 材料目前也存在材料无塑性、延伸率低、弹性模量低、抗剪和抗压强度低、存在徐变断裂现象、热稳定性差、不耐紫外线等问题,在工程应用中应当充分考虑材料特性,保证结构的使用功能。
从最初的手糊工艺到当前的热压罐成型、液体成型、先进拉挤成型等成型技术[3],FRP 材料生产工艺发展十分迅速。
自动化技术的发展使先进拉挤成型工艺生产效率进一步提高,且成本降低,产品质量更加稳定,逐渐成为FRP 材料生产的主要方式。
典型FRP 材料拉挤成型生产工艺流程为:放卷/收卷→预成型→热压固化→后固化→牵引→检测、切割[4]。
1 FRP 材料工程应用实例1.1 FRP 布和片材应用FRP 布和片材加工方便,广泛应用于钢筋混凝土结构加固中。
利用其受拉性能,将FRP 板材粘贴在加固部位表面,能够有效保护混凝土,防止混凝土开裂或减缓裂缝发展,延长结构使用寿命,钢筋混凝土梁加固形式一般分为抗弯加固与抗剪加固[5]。
FRP复合材料及其在土木工程中的应用研究

FRP复合材料及其在土木工程中的应用研究摘要:FRP复合材料是当前在土木工程中应用非常广泛的材料之一,优点众多,本文通过对FRP复合材料的应用现状以及特殊的应用领域进行分析,提出其发展方向,以便推广应用。
关键词:FRP复合材料;土木工程;应用FRP是一种用玻璃、碳、塑胶等纤维通过环氧树脂粘剂混合一起的复合材料,这种材料有很高的强度。
与传统结构的材料比较,不但具有高强轻质的特点,在施工、耐腐蚀方面也有很大的优势,能够直接在钢筋混凝土结构的板、梁、柱等地方粘贴,很大程度上提高了构件抗剪抗弯能力。
1.FRP在土木工程中的应用现状分析相对于其他产业而言,FRP在土木工程中的应用呈现出一定的滞后性,主要原因可以归结于造价高和经验少,目前很多工程师面临的实际问题就是针对FRP的结构加强方面的预期效果设计。
在历史的实践过程中,相关的标准也是比较匮乏的,真正发展起来是在20世纪的90年代,国际上开始饮用航空航天技术以及补强技术的FRP替代钢材,当做土建结构修补和加固材料之用。
它的物理力学性能非常优越,重量轻,耐腐蚀,施工操作方便,能承受强的变形力。
有相关数据显示[1],我国当前的桥梁建筑物中有超过一半的是在上个世纪80年代前建造,因此承载达不到要求,会不断出现裂缝等问题,尤其是近年来住宅质量问题较为严重。
由此可以看出,FRP加固的功能发挥以及修补的工作迫在眉睫。
另外,材料的试验检测、评价技术在材料工程中是应用的基础,但是当前世界上还没有被公认的土木工程高性能FRP复合材料试验检测与评价技术体系建立,我国在这方面的成果更少。
2.FRP在土木工程中特殊领域的应用2.1复杂环境下结构应用由于受到复杂环境的影响,水边码头地下基础的结构性能劣化以及抗力衰减的缺陷被更多人重视,这种现象产生的原因比较复杂,但工作人员也注意到了FRP复合材料在这样复杂环境下结构应用具有很大的优势。
比如,可以通过增加FRP材料的层数对结构进行加强,也可以采用CFRP加强筋替换某些钢筋,相比之下在结构性能上是很大的改善。
FRP复合材料在土木工程应用

浅议FRP复合材料在土木工程中的应用摘要 frp复合材料因具有高强、轻质、抗腐蚀和耐劳、高温作用下性能稳定特点,所以在某些特定的条件下可替代木结构、钢结构和钢筋材料,因而在土木工程界广泛应用。
本文主要介绍了frp 复合材料在土木工程中的应用情况进行了概述,最后本文还就对frp复合材料的发展前景进行了展望。
关键词 fpr复合材料土木工程应用一、引言现代工程结构向高耸、重载、大跨、高强和轻质发展而epr复合材料都能适应工程的需要,之所以能够适应工程的需要是因为frp复合材料有很多不可替代的优点和性能。
(一)fpr复合材料的主要特点1.抗拉强度高、抗腐蚀和耐久性好。
实验表明玻璃纤维、碳纤维和阿拉米德纤维的抗拉强度均明显超过了钢筋,能灵活地应用于抗弯和封闭箍[1]。
2.fpr复合材料抗腐蚀和耐久性好。
fpr复合材料抗腐蚀和耐久性都比钢材好,在腐蚀性较大的环境可提高结构的使用寿命。
由于frp自重轻也可以减轻结构的自重在施工中非常方便。
frp复合材料的热膨胀系数与混凝土相近,所以不必担心因为环境温度发生变化时,两种材料不能协同工作,两者之间不会因为温度的变化产生较大的温度应力。
(二)fpr复合材料在土木工程中的应用;根据frp复合材料自身的特点,frp复合材料主要应用于替换钢筋或钢管用于新建结构中和修复和加固旧有结构[2]。
1.梁板的修复与加固对受损混凝土梁或板,应选择frp进行修复加固是非常有效的途径之一。
frp复合材料一般用在梁板的拉应力部位,对受损梁板修复加固时的关键问题之一就是保证frp复合材料与混凝土共同工作,而保证两种材料共同工作的前提是frp纤维方向与拉应力方向平行。
而柱的修复与加固既要保证frp和混凝土有效的粘结,也要因frp的约束使混凝土性能改变进行合理的估算。
正是由于frp复合材料的这些特点,美国加利亚大桥墩、湖北工学院体育馆地下室立柱,美国bergstroms机场的hijton饭店的柱结构等都选择了frp 复合材料进行加固。
解析FRP复合材料及其在土木工程中应用研究论文

解析FRP复合材料及其在土木工程中的应用研究摘要:在一定的条件支持下,frp复合材料能够替代传统意义上的木结构材料以及钢筋材料,且在实践应用的过程当中表现出了极为突出的综合性优势,这也正是将frp复合材料应用于土木工程中的关键条件之一。
本文依据这一实际情况,以frp复合材料为研究对象,首先简要分析了frp复合材料的基本性质与特点,在此基础之上,分别从既有结构加固以及新建土木工程这两个方面入手,详细阐述了frp复合材料在土木工程中的应用情况,并据此论证了frp 复合材料在提高土木工程建设质量与结构稳定性方面所发挥的重要作用与意义。
关键词:frp复合材料土木工程性质特点结构应用分析中图分类号:k826.16 文献标识码:a 文章编号:在现代意义上的土木工程逐步向着大跨度性、重载性、高强度性以及轻质性方向发展的背景作用之下,传统意义上的木质结构以及钢筋结构材料已无法充分适应于土木工程所面临的恶劣性与特殊性环境。
而在当前技术条件支持下,frp复合材料所表现出的综合应用性能及其优势非常显著,从而能够更好的与现代意义上施工技术的工业化发展需求所适应。
这也带动着各种桥梁结构、地下结构以及建筑结构对frp复合材料的应用。
本文试针对以上问题做详细分析与说明。
一、frp复合材料基本特性及性质分析frp复合材料——纤维增强复合塑料(frp:fiber reinforced polymer)即我们所俗称的玻璃钢。
在现阶段的技术条件作用下,frp复合材料是指将基体材料与纤维材料,按照一定的比例进行充分混合,在专用模具的挤压以及拉拔作用之下所形成的复合性材料。
在frp复合材料的制备过程当中,主要材料有纤维材料以及基体材料。
其中,对于纤维材料而言,其纤维直径大多在12um单位以下,却断裂应变指标在3%以内,属于易损伤,同时也易腐蚀的脆性材料。
而对于基体材料而言,其强度指标以及模量指标相对于上述纤维材料而言更低,但在应变作用力的耐受方面更大,属于易粘弹的韧性材料。
浅议纤维增强复合材料(FRP)在土木工程中的应用

浅议纤维增强复合材料(FRP)在土木工程中的应用摘要:21世纪以来,FRP结构发展势头迅猛。
无论是单独使用FRP材料作为建筑结构,还是与传统的建筑材料混合使用都取得了良好的成效。
FRP作为一种优质的建筑材料,以其特有的优势,受到越来越多的关注。
通过对FRP材料的特性以及应用进行系统的整理,进一步探讨了FRP发展的趋势。
关键词:FRP-混凝土预制板;FRP材料;GFRP筋;结构加固纤维增强复合材料(FRP)是由基体材料与纤维材料经过混合并加工形成的高性能材料。
这种材料首先在航空、航天领域得到的应用。
其中比较常用的FRP有碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)和芳纶纤维(AFRP)[1]。
20世纪50-60年代开始应用于土木与建筑工程结构,随后以其轻质高强,耐腐蚀性强,可塑性强等优点,迅速得到了工程师们的青睐。
一、FRP材料及结构的特点(一)FRP的优点1.轻质高强。
这是FRP材料最为突出的特点,钢材的比强度只是FRP的1/20-1/50。
因此,充分利用这一特性,可用于大跨度桥梁桥面板的结构。
2.可塑性高。
由于FRP材料属于纤维和树脂复合的材料,看可以通过改变纤维或者树脂的种类及数量生产出适合于不同环境的FRP产品。
改变生产工艺也是一个较为成熟的方法。
3.耐腐蚀性好。
FRP可以在酸,碱,冻融状态等环境下长期使用。
(二)FRP的特性在工程中的不足1.各向异性。
因为FRP材料是由纤维为主要受力结构,所以与纤维垂直的方向抗拉强度极小,与之相反,沿着纤维方向的抗拉强度极大。
此外,这也带来了与传统的钢筋混凝土材料不同的拉伸翘曲现象。
2.紫外线对CFRP与混凝土的粘结性能的影响。
混凝土结构的加固作用需要有CFRP片材的帮助,那么CFRP与混凝土之间有足够的的粘结性就显得尤为重要。
试验表明紫外线会对粘结性产生影响。
3.FRP结构连接处力学性能不强。
FRP抗拉强度好,抗挤压刚度不足,然而该材料不同于钢材,FRP材料抗剪性能不高,使得高强度FRP复合材料预应力筋或拉索在锚固处需要注意的问题变得特别的多。
FRP在土木施工中的应用

FRP 在土木工程中的应用研究摘要:随着土木工程技术的发展,目前FRP在土木工程领域逐渐推广开来,但这仍然是土木工程领域有待深入研究的前沿课题之一。
本文通过阐述FRP的性能特点,分析FRP在土木工程中的应用领域及其应用的关键技术,并对FRP 的应用前景进行展望.关键词: FRP;复合材料;土木工程;一、FRP概述(一) FRP的形成纤维增强复合材料(FRP)是用环氧树脂粘剂等基底材料将碳、玻璃、塑胶等多股连续纤维材料胶合后经过特制的模具挤压、拉拔而形成的纤维复合材料。
常见的FRP主要有玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料和阿拉米德纤维增强塑料等,针对不同的纤维其化学成分不同,对应的FRP材料的力学性能也相差较大。
但是这些FRP都具有许多共同的特点,这也是在土木工程领域得到应用的原因。
(二) FRP的主要特点(1)抗拉强度高。
与钢筋的抗拉强度相比,FRP的抗拉强度要高出很多,与高强钢丝差不多,而且在达到抗拉强度之前,几乎不产生塑性变形,其高强的抗拉能力可以直接提高结构构件的抗弯和抗剪能力。
(2)抗腐蚀性和耐久性好。
与钢材相比,FRP的抗腐蚀性和耐久性很好,可提高结构使用寿命,特别是在受腐蚀性较大的环境中应用效果更为明显。
(3)自重轻,施工方便。
FRP的密度仅为钢材的四分之一左右,因此,应用FRP可以为建筑结构施工提供方便,同时降低劳动力费用。
尤其是用于旧有结构的维修加固时效果更为显著。
(4)热膨胀系数与混凝土相近。
将这种材料加入混凝土内,由于其热膨胀系数与混凝土相近,当环境温度发生变化时,FRP能与混凝土协同工作,两者之间不会产生较大的温度应力,这样不仅能大大提高混凝土构件的承载力,还能改善混凝土结构的抗冲击和耐疲劳性能,(5)抗剪强度低。
FRP的抗剪强度很低,不到其抗拉强度的10%,所以在用FRP作预应力筋以及进行FRP的材性试验时,需专门研制相应的锚、夹具。
(6)材料比较昂贵。
由于FRP的生产过程比较复杂,一般需采用专门的长线挤压台座及拉拔工具,还有复杂的制作工艺,所以其费用比较高,这也是目前一些工程还未采用FRP的主要原因。
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FRP复合材料在土木工程领域中的应用分析
发表时间:2018-07-18T16:00:28.320Z 来源:《科技中国》2018年1期作者:文彰浩[导读] 摘要:在科技的发展下,我国土木工程也得到了迅速的发展,各类新材料开始在土木工程领域中得到了广泛的而应用,FRP复合材料就是其中的一种类型。
本文分析了FRP复合材料的特点,优势,并针对其在土木工程中的应用进行阐述和分析。
摘要:在科技的发展下,我国土木工程也得到了迅速的发展,各类新材料开始在土木工程领域中得到了广泛的而应用,FRP复合材料就是其中的一种类型。
本文分析了FRP复合材料的特点,优势,并针对其在土木工程中的应用进行阐述和分析。
关键词:FRP复合材料;土木工程领域;应用随着科技的发展,我国土木工程领域迎来了新的发展契机,越来越多的新材料和技术被开发,并且得到了很广泛的应用。
在这个大背景下,土木工程的复合材料受到了人们更多的关注和重视,笔者通过对FRP复合材料在土木工程领域中的研究,对FRP材料的性能和应用情况进行详细的阐述。
复合材料,指自然界中没有的,通过化学或者物理方法将两种或者两种以上的物质进行合成,形成一种新的材料。
这种材料的优势在于能够将组合材料的优势继承,将劣势以取长补短的方式进行弥补,大幅度提升的了材料的综合性能,以满足土木建筑行业的复杂要求。
1FRP 复合材料简介
FRP 复合材料是将性能优越的纤维材料和集体材料通过一定的比例和复杂的化学工艺合成的新型材料,这种材料最早出现在上个世纪中叶,广泛的应用在船舶制造,医疗器械制造,航空航天和机械、建筑领域。
近几年来,FRP复合材料优秀的耐腐蚀、高强度的特性受到土木建筑行业人员的认可,得到推广和使用,如芳纶纤维,陶瓷纤维等等。
2FRP 复合材料在土木工程领域中的应用 FRP复合材料在土木工程中的应用可以根据其形式大致划分为四个方面:与传统材料结合使用、应用在工程加固强化方面,直接使用以及代替钢筋钢索等。
2.1 工程结构加固补强
FRP加固技术能够将原有结构内的构件受力性能进行强化,很久之前,研究人员开始在工程施工中以混凝土外贴GFRP内加高强度钢筋的方法进行加固,但是这一方法的主要是利用FRP材料的防腐特性,用来满足混凝土和钢筋的工作要求,并没有进行大范围的推广和使用。
在日本和美国发生地震之后,使用加固技术进行地震后的建筑恢复工作,并且在实践中有着良好的效果。
于是我国也开始采用这项技术对一些大型的建筑物进行加固,效果显著。
随着科技的发展,FRP加固技术也变得更加成熟,效果也越来越好,目前这项技术已经广泛的应用在土木工程的施工方面。
2.2FRP 组合结构
FRP 组合结构是将FRP产品与混凝土、钢筋等材料进行混合,取长补短,集成优势弥补劣势,形成一种新的材料类型。
这种复合材料设计性很强,种类丰富,可以根据实地情况选择最适合的混合材料进行使用。
2.2.1FRP 管混凝土
FRP管混凝土,这种材料不会对混凝土材料造成束缚,并且能够充当模板,提高施工速度和质量,并且有着结实耐用的特点。
此外,有些研究人员对于FRP管混凝土进行了优化和改造,在其内部设置了多重结构,提高材料内部的稳定性和受力性能,甚至可以降低自身的重量,提高抗弯性能等等等。
2.2.2混凝土组合梁
通过特殊的组合方式,体现两种材料的优秀特性,由混凝土承受压力,由FRP材料承受拉力,这种使用方式能够充分发挥材料的特性,并且还可将轻型的复合材料作为模板使用,方便土木工程的施工。
目前已经成为国际建筑施工的常用方法广泛使用。
2.2.3木组合构建
木材的结构与FPR材料的内部结构上有些类似,都有着各向异性的受力特点,抗火能力较差,当这两种材料进行组合之后,能够对原有性能进行强化,而且这种新型材料的制作流程也十分简单。
2.3预应力和筋锁混凝土结构
FRP筋一般代替钢筋使用,它的纤维含量在百分之六十左右,而强度是普通钢筋的六倍,又比普通钢筋多了抗疲劳,非磁性,抗腐蚀的特性,更可以减少后期维护工作的成本,强化与混凝土之间的粘性,这些优秀的特性比传统的钢筋更加适合土木工程领域。
根据它的加工方式可以分为很多种,如环氧粘结类、表面沙化处理类等等。
2.4全FRP 结构
复合材料在物理学性能方面的优势显著,能够适应很多复杂的环境和代替许多传统材料,在民用工程中,这项结构多用在桥梁建设方面。
2.4.1轻质桥梁
这项结构在轻质桥梁中的应用能够降低桥梁上部的重量,减少受力节点,并且具有一定的观赏效果。
轻质桥梁与普通桥梁受力情况明显不同,这种桥梁的承载能力突出,但是刚度较小,容易发生形变,因此主要的设计思想就是桥梁的变形控制。
此外,在设计过程中要体现人文关怀,满足对于震动的要求,但是目前关于如何降低震动的研究较少。
2.4.2桥面体系
FRP材料可以作为桥面的主板材料使用,减少对下部材料的作用力,降低维护的费用,提高抵御极端环境的能力,延长使用寿命。
此外,FRP材料也可以用在旧桥翻新工程当中,使用FRP材料对已破损部分进行修复和贴层保护,避免环境因素对其产生二次影响。
3 结语
总的来说,我国土木工程属于朝阳行业,正是快速发展的时期,钢筋、混凝土作为土木工程的传统材料,并不适用于所有的建筑环境,而FRP作为一种新型的建筑材料,独特的灵活性和多样性能够适应更多的环境,在土木建筑领域发挥更重要的作用,可以预见FRP材料未来的市场应用和前景将会更加广阔。
参考文献:
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[3]FRP材料在结构加固中的应用研究及展望[J]. 吴丽丽,于大川. 建筑技术. 2014(12)
[4]FRP材料介绍和加固混凝土梁柱的研究现状及基本理论[J]. 王铭明,王耀强,赵亮亮. 中国科技信息. 2008(19)。