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详解复合材料在土木工程中的发展与应用

详解复合材料在土木工程中的发展与应用

    来源:万钧加固改造    发布时间:2019-07-19 12:51    浏览量:

  在生活中我们常能见到的复台材料是纤维增强复台材料,简写为FRP,是由树指和多种性能极强的纤维组台而成,人们常见它被用于结构加固或补强。新材料的制造及应用技术往往标志一个国家经济和科技的发展程度,我们应当对复台材料的开发给于足够的重视,刻苦钻研,积极开发并运用于实际.增强结构受力性,延缓建筑使用年限,修复结构损伤,最大程度的减小工程建设对环境的不良影响,更好地造福人类。

  复合材料的发展历程

  上世纪五六十年代,人们开始了在民用建筑中应用复合材料的尝试,1961年英国斯梅西克一座教堂成功应用了玻璃纤维复台材料制作教堂尖项,随后在复台材料在世界范围内被广泛应用。复合材料的成功应用后,世界更多的学者加人了复台材料的研究中,极大的加速了复台材料的发展,而我国在上世纪八十年代才开始在结构工程中大量应用纤维增强复台材料。1972年,云南省用CFRP建成了一个直 径达44米的雷达天线翠; 1982年.北京密云建成世界上第一座FRP公路桥,桥梁跨径20.7米,是一座CFRP蜂窝箱梁型公路桥。随后FRP得到了快速发展,大规模的应用FRP,是从该材料用于土木工程结构加固开始。从美国北岭和日本饭神地震后的加固修复工作来看,复台材料加固优势凸显,其加固的经济性和安全性得到了土木界的广泛认可。

  复合材料在土木工程中的主要应用

  1.工程结构的加固补强

  利用各种方法将复台材料附着在受力构件表面,已达到增强原有构件的受力性能。常见的混凝土加固方式有三种:第一种.用FRP布对混凝土结构进行继绕加固,最具代表的缠绕加固就是对混凝土柱的缠绕加固,此种对柱加固方法成效明显,是基于约束混凝土的受力变形提升结构强度原理.在增强轴向受力的同时还能增强结构的抗剪抗震能力。第二种,在混凝士梁或板以及桥梁跨度内的受拉面贴用FRP片材。此种加固补强在我国极为常见,特别是在老旧建筑改造加固桥梁承载修复.震后房屋损伤修复方面应用广泛,贴面加固补强可有效提升构件的抗弯能力.防止结构裂缝的延伸。实践证明在超载下常发生结构和贴片剥离现象,FRP片材与原结构的贴合还有待进一步提高。第三种,对混凝土柱或梁应用FRP片材包裹然后外部应用FRP布进行环绕加固补强,此加固方法实质上是前两种方法的复合运用,加固效果最好,能有效提升结构的抗压和抗剪能力,但此方法FRP用量较大。

  2.FRP筋索和预应力FRP筋混凝土结构

FRP筋索

  FRP筋,质量轻,其纤维量占比达60%-65%,同样体积的FRP筋与钢筋相比,重量约为钢筋的五分之一,但其受力强度约为普通钢筋的六倍。因此,FRP索常被用作斜拉桥或悬索桥的缆索,其抗振动抗疲劳的能力远超传统的钢束.且施工容易,后续维保经济.便捷。利用FRP筋代替钢飭做成预应力FRP筋混凝土,不但能减轻自重.增加强度,还能抵抗混凝土碱性环境对筋条的腐蚀,降低维保费用,延长建筑使用年限。同时FRP混凝土结构还具有非磁性的特征,能够为人类生产生活和科学研究提供一个无磁性建筑空间。

  3.FRP组合式结构

  将不同种类或不同形式的FRP制品进行组合应用,或将FRP与传统钢材、混凝土、木材等材料进行特意组合应用,实现了材料之间的优势互补,在增强力学性能的同时,还能节约成本,有助于建筑造型的多样化,延长建筑使用年限。目前应用技术比较成熱的有FRP-混凝土组台梁. FRP管混凝土组合构件,FRP-木组台结构构件,FRP-钢管混凝土组台结构,FRP-铝台金组合构件等。

  4.全FRP结构

  FRP的高强轻质,耐腐绝缘等特性,使其在土木工程中具有十分独特的优势,全FRP结构在建筑中应用较多,因其具有极强的可设计性和加工性.全FRP结构常具有新颖的造型。常见的全FRP结构体系有:FRP轻质桥梁,FRP编制网结构,FRP杆件空间结构,快速架设应急FRP桥等。

  增加科研投入,制定标准规范,助推复合材料跨越式发展复台材料在士木工程中的应用离不开科研的支持,加大科研投入,能吸引更多更多的人才加人到复台材料的研发队伍中,大大提升新材料新技术新工艺的研发进程。复台材料研发成功并投人市场应用后,必须积极吸取传统混凝土工程钢舫工程等系列规范的制作经验.制定严格的复台材料加工、应用.施工、检测等标准规范。我国的复合材料研发和标准制定已有数十年历史,目前已初步形成了一些较为基础的复台材料应用标准,如土木工程中复台材料工程应用技术规范、土木专用复合材料产品标准.通用复台材料试验方法标准等,这些标准规范为复合材料在土木工程中的发展和应用起到了十分显著的效果,但随着复台材料应用范围的不断扩大,在众多应用领域尚未有统一标准。制定行之有效的复台材料应用标准规范,势必将推动复台材料实现跨越式发展。

  近年复台材料在土木工程中的应用发展迅猛,特别是桥梁和民用建筑方面的应用技术更是得到了前所未有的发展,现今,复台材料的应用对象尺寸更大,耐久、耐腐蚀性要求更高。施工要求更加简便,许多复台材料的标准已不能满足土木工程发展的需要,我们的复合材料研发和复合材料施工应用技术亟待提高。



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