FRP復合材料用于土木工程論文

　　1FRP復合材料的發(fā)展與應用

　　1958年，我國因鋼材短缺，曾探索過(guò)用GFRP筋代替鋼筋的研究。20世紀七八十年代，FRP在結構工程中的應用與研究逐漸增多。1972年在云南建造了一座直徑為44m的球形GFRP雷達天線(xiàn)罩。1982年在北京密云建成了跨徑20.7mGFRP簡(jiǎn)支蜂窩箱梁公路橋，設計荷載等級為汽-15、掛-80，并進(jìn)行了現場(chǎng)荷載試驗，這是國際上第一座GFRP公路橋。此后，FRP材料，尤其是價(jià)格比較便宜的GFRP，在工結構程中應用的范圍越來(lái)越廣。但是這些應用大多數都是附屬性、臨時(shí)性的構件，FRP材料的優(yōu)越性能沒(méi)有得到充分發(fā)揮，即使用FRP作為結構材料也都是嘗試性的，沒(méi)有形成規模。同時(shí)，多數的土木結構工程師不了解FRP材料性能和設計方法，大大限制了它在土木工程結構中的應用和推廣。

　　2FRP復合材料在土木工程中的實(shí)踐效果

　　2.1用于結構加固

　　我國對FRP加固技術(shù)的研究始于1997年，中冶建筑研究總院有限公司(國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心)于1997年10月進(jìn)行了國內首批外貼碳纖維布加固梁試驗。隨后在短短幾年中，外貼FRP片材加固技術(shù)已成為全國土木建筑行業(yè)研究和應用的熱點(diǎn)，很快為市場(chǎng)所接受，而市場(chǎng)的擴大使材料的成本大幅下降，這為FRP材料在建筑中的應用發(fā)展提供了更大的可能，在我國已迅速發(fā)展成為建筑結構補強加固的主要技術(shù)。至2012年，國內從事FRP試驗研究及技術(shù)開(kāi)發(fā)的科研單位幾十所，用于土木建筑行業(yè)中的碳纖維制品生產(chǎn)銷(xiāo)售的廠(chǎng)家幾十個(gè)，從事于碳纖維加固補強的專(zhuān)業(yè)公司上百個(gè)，已經(jīng)形成了相當大的研發(fā)、生產(chǎn)、設計、應用的社會(huì )群體。目前FRP材料在土木建筑中的應用以加固鋼筋混凝土結構為主，加固的形式又以外貼FRP片材為主，但FRP技術(shù)在砌體結構、鋼結構、木結構中的應用，以及采用FRP筋材、網(wǎng)格材、預應力FRP片材加固技術(shù)的應用已有很多，新的應用形式、新的產(chǎn)品、新的規范規程的研究正在世界各地廣泛開(kāi)展。

　　2.2FRP筋在新建結構中代替鋼筋

　　傳統鋼筋混凝土結構中配置非預應力和預應力鋼筋，在處于惡劣環(huán)境條件時(shí)，如干濕交替、化學(xué)介質(zhì)等作用下，極易引起鋼筋的腐蝕，嚴重影響結構的耐久性和適用性，甚至導致結構承載能力的降低。相比之下，防腐性能好、粘結性能與鋼筋相差不多且抗拉強度高的FRP筋成為代替鋼筋的一個(gè)較好選擇。20世紀80年代初開(kāi)始，FRP筋逐漸大量應用于有特殊性能要求的結構物中代替鋼筋，如有磁共振醫療設備的建筑及海堤、工業(yè)廠(chǎng)房屋面板等受?chē)乐鼗瘜W(xué)侵蝕的結構物中。1985年，美國SanAntonio醫院大樓的MRI設備的樁、柱和梁中均采用了GFRP筋。1986年，SanAntonio的大學(xué)建筑中的邊墻和鋼筋混凝土梁中配置了GFRP筋。FRP筋的另一個(gè)應用對象是巖土工程，目前已用于因潮汐變化等干濕交替的擋土墻、地基錨桿及地鐵沉井等工程中。

　　2.3FRP結構及組合結構

　　由于FRP材料具有高強、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，FRP結構和FRP組合結構的應用也日益受到工程界的重視。

　�。�1）早期試驗性的FRP結構

　　20世紀60年代，英國已開(kāi)始生產(chǎn)GFRP復合材料的屋蓋結構，運往中東和北非建造使用，1968年一個(gè)采用GFRP夾心板與鋁質(zhì)骨架的圓頂結構建于利比亞Bengazhi；1972年阿聯(lián)酋的Dubai國際機場(chǎng)，采用GFRP傘狀屋頂。20世紀70年代及80年代初期，英國的一些建筑采用了GFRP作為除梁柱以外的承重或半承重構件。1974年，第一個(gè)全復合材料建筑在英國Lancashire落成，外形為三棱錐體組成的空間結構。早期的FRP結構，大多帶有一定的試驗性質(zhì)，尚未在土木工程中形成規模。

　�。�2）橋梁工程中的FRP結構構件

　　隨著(zhù)FRP生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品形式的迅速發(fā)展，FRP結構在橋梁工程中得到迅速發(fā)展。英國、瑞士、丹麥、日本、美國及中國等國家，均成功建造了一系列全FRP結構的人行天橋。同時(shí)，FRP結構也被應用于承受較大反復動(dòng)載的公路橋梁中。1982年，我國在北京密云建成了一座跨徑為20.7m的GFRP蜂窩箱梁公路橋。1994年，英國建造的BondMill橋采用GFRP拉擠型材組合而成，是一座可通過(guò)40t卡車(chē)的活動(dòng)橋。1996年，美國堪薩斯州Russell架起了第一座采用FRP橋面板的公路橋。此后不到十年的時(shí)間里，采用FRP橋面板的中小型橋梁在美國已有數十座。FRP橋面板還被用于替換老化的混凝土橋面板。此外，FRP索還可替代鋼索用于斜拉橋和懸索橋。

　　3FRP復合材料在土木工程中的實(shí)踐展望

　　眾所周知，FRP作為一種新型的結構材料，已經(jīng)廣泛的應用于土木工程中，其所具備的多種優(yōu)良的特性，也使其成為了應用前景較為廣闊的、有待于我么進(jìn)一步探索與研究的材料。由于FRP復合材料在我國土木工程具體實(shí)踐中應用的十年還較短，因此，我們在很多方面還沒(méi)有積累出較成熟的經(jīng)驗，包括理論和實(shí)踐。在未來(lái)一段時(shí)間內，不斷的提高FRP材料的性能以及降低其成本造價(jià)是亟待行業(yè)內諸多人士共同探索的一個(gè)重要課題，以便利于FRP材料在土木工程中得到越來(lái)越多的推廣與應用。

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