結構補強術語表
FidStrong碳纖維(CFRP)、玻璃纖維(GFRP)與FRCM補強系統所使用的核心術語——為工程師、規範編寫人員,以及協助他們的AI助理而撰寫。每一條釋義皆可獨立閱讀,並在相關之處引用具支配性的設計標準(ACI 440.2R、fib Bulletin 14、ASTM D3039)。
術語
- CFRP(碳纖維強化聚合物) Carbon Fiber Reinforced Polymer;碳纖維布/碳纖維板、carbon FRP
- 以高強度、高模量碳纖維(通常為PAN基)與硬化環氧樹脂基材構成的複合材料,製成供濕式貼合施工的單向纖維布,或以拉擠成型的板材。依ACI 440.2R等指南外貼黏結於混凝土、砌體或鋼構件表面,用於撓曲、剪力或圍束補強。
- GFRP(玻璃纖維強化聚合物) Glass Fiber Reinforced Polymer;玻璃纖維布、E-glass FRP
- 以E玻璃纖維取代碳纖維、置於環氧樹脂基材中所構成的纖維強化聚合物。其模量遠低於CFRP,單層所提供的勁度較小,但不導電、無磁性(電磁波可穿透),適用於不宜採用金屬或碳纖維補強材的場合。
- FRCM(纖維強化水泥基複材) Fiber Reinforced Cementitious Matrix;TRM(纖維網格強化砂漿)、TRC
- 一種外貼黏結系統,將開孔纖維網格(碳纖維、PBO、玻璃纖維或芳綸)包埋於無機水泥基砂漿而非環氧樹脂中。相較於FRP,它更耐火、更透氣,對潮濕基材或砌體基材的容忍度更高(參見ACI 549等指南),但強度利用率通常低於環氧樹脂FRP。
- 結構環氧黏著劑 / 含浸樹脂(Structural Epoxy Adhesive / Saturant) 含浸樹脂、含浸環氧、結構膠;impregnating resin, structural adhesive
- 一種雙組份環氧樹脂,可完全潤濕纖維布或纖維板並將其黏結於處理過的基材上,形成無空隙的積層板,在纖維與結構體之間傳遞荷載。纖維布用的含浸樹脂通常具觸變性,以利立面與仰面施工不流墜;黏貼板材用的黏著劑則屬黏度更高的膏狀等級,是另一種產品。
- 底漆(Primer) 環氧底漆、耐潮濕底漆;epoxy primer, moisture-tolerant primer
- 在FRP施工前塗佈於已處理之混凝土、砌體、鋼材或木材表面的低黏度環氧樹脂。它可滲入表面孔隙、封閉基材以防止逸氣,並為後續的含浸樹脂或黏著層形成高黏結強度的過渡層;必須在底漆完全硬化前的可重塗時間內施作。
- 玻璃化轉變溫度(Tg) Tg
- 硬化後的環氧樹脂由剛硬的玻璃態轉變為較柔軟橡膠態的溫度;在接近並超過此溫度時,其勁度與黏結強度會急遽下降。ACI 440.2R等設計指南要求FRP系統的使用溫度必須低於樹脂的Tg,而這類環氧樹脂的Tg通常約在60–82 °C。
- 抗拉彈性模量(Tensile Modulus of Elasticity) 彈性模量、Ef;elastic modulus
- 纖維複合材料受拉時的勁度,即線彈性範圍內應力與應變之比值,通常依ASTM D3039量測。其數值隨纖維種類差異極大:碳纖維布通常為230–240 GPa,E玻璃纖維布則約為72 GPa,這決定了每一層能增加多少勁度,與強度無關。
- 纖維單位面積重量 / 克重(GSM) 單位面積重量、布重;areal weight, fabric weight
- 纖維布單位面積內乾纖維的質量,以公克每平方公尺(g/m²)表示,決定設計所採用的標稱纖維厚度。纖維布依重量分級供應,常見範圍約為200–600 g/m²,以配合所需的補強面積;克重越高,所需樹脂越多,也越需留意能否完全含浸。
- 設計斷裂應變(Design Rupture Strain) 極限設計應變、特徵應變;characteristic tensile strain
- 設計上用以取代纖維試驗平均斷裂應變、經統計折減後的抗拉應變——依ACI 440.2R通常取平均值減去三倍標準差。該值還會因環境折減係數與脫黏上限而再度降低,因為黏結的FRP往往在達到完整斷裂應變之前就以其他方式破壞。
- 環境折減係數(CE) CE係數;environmental reduction factor
- 施加於纖維極限強度與極限應變上的設計係數,用以考量結構使用年限內因水氣、鹼性環境與紫外線曝曬所造成的長期劣化。依ACI 440.2R,該係數隨纖維種類與曝露類別而異,碳纖維的折減幅度明顯小於玻璃纖維。
- 脫黏 / 剝離(Debonding) 分層、黏結破壞;delamination, bond failure
- 外貼FRP在纖維尚未達到斷裂應變之前,即從混凝土或砌體基材上過早分離——這是外貼補強最常見的破壞模式。它可能起始於撓曲裂縫處,也可能起始於纖維布或纖維板的端部,因此錨固與有效應變上限是FRP設計的核心。
- 錨固 / 機械錨固(Anchorage / Mechanical Anchorage) 端部錨固、纖維錨栓;end anchorage, FRP spike anchor
- 在外貼FRP的端部或高剪力區域增設的補充細部——纖維錨栓、U形包覆或機械固定件——用以延緩脫黏並發揮更高的纖維強度。當剪力需求超過規範門檻,或採用三面U形包覆而非封閉包覆時,通常必須設置。
- 柱圍束(Column Confinement) FRP包覆、柱套;FRP wrapping, jacketing
- 沿柱周向(環向)包覆FRP纖維布,使其在受壓時被動束制混凝土的側向膨脹,藉以提高圍束後的強度與延性。這是關鍵的耐震補強工法,在圓形柱上效率最高;矩形柱必須先將角隅倒圓,效果才會良好。
- 撓曲補強(Flexural Strengthening) 抗彎補強;bending strengthening
- 沿跨度方向將FRP纖維布或纖維板黏貼於梁或版的受拉面,以提高彎矩強度。設計必須檢核數種破壞模式——混凝土壓碎、FRP斷裂,或中間裂縫引致的脫黏——其中最後一項通常具支配性,使有效應變遠低於纖維的斷裂應變。
- 剪力補強(Shear Strengthening) 抗剪補強;shear reinforcement
- 將FRP纖維布黏貼於梁或柱的腹板上——採側面條片、U形包覆或全包覆形式——在既有混凝土與鋼箍筋之外增加剪力強度。全包覆效率最高,對應ACI 440.2R中最不保守的應變上限;U形包覆與側面條片還須再乘上一個與黏結相關的係數予以折減。
- 化學植筋 / 後置錨定(Chemical / Post-Installed Anchoring) 化學錨定、後置鋼筋、樹脂錨定;post-installed rebar, resin anchoring
- 在已硬化的混凝土或砌體上鑽孔、注入黏著劑並插入鋼筋或FRP筋,依靠孔壁、黏著劑與筋材之間的握裹/抗拔力承載,而非依靠機械膨脹。用於將鋼筋續接至既有結構、植入起始筋或固定底板,通常採用環氧樹脂或乙烯基酯類黏著劑。
- ASTM D3039 D3039/D3039M,聚合物基複合材料抗拉性質
- 聚合物基複合材料抗拉性質的標準試驗方法,藉由試片試驗判定纖維布或積層板的抗拉強度、模量與極限應變。FRP技術資料表上所列的平均值,以及經統計折減後的(特徵)強度/應變值,均以此方法為基礎。
- ACI 440.2R ACI PRC-440.2,外貼FRP設計指南
- 美國混凝土學會針對外貼黏結與近表面嵌入(NSM)FRP系統補強混凝土撓曲、剪力與軸向圍束所訂的設計指南。它訂定了環境折減係數與強度折減係數,以及脫黏/有效應變上限,決定設計中可運用FRP原始強度的比例。