新型復(fù)合材料FRP在土木工程中的應(yīng)用

1、新型復(fù)合材料新型復(fù)合材料FRPFRP在土木工在土木工程中的應(yīng)用程中的應(yīng)用 纖維增強復(fù)合材料纖維增強復(fù)合材料FRPFRP（Fiber Reinforced Polymer/Plastics）在土在土木工程中的研究與應(yīng)用始于木工程中的研究與應(yīng)用始于6060年代的美國，但在當(dāng)時及隨后的年代的美國，但在當(dāng)時及隨后的2020多年多年里，由于里，由于FRPFRP材料價格居高不下以及試驗結(jié)果不理想，使得其在土木工材料價格居高不下以及試驗結(jié)果不理想，使得其在土木工程中的應(yīng)用研究趨于停滯，但其在航天航空業(yè)、造船業(yè)、汽車工業(yè)和程中的應(yīng)用研究趨于停滯，但其在航天航空業(yè)、造船業(yè)、汽車工業(yè)和運動器材制造業(yè)等方面的成功應(yīng)

2、用卻越來越多。直至上個世紀運動器材制造業(yè)等方面的成功應(yīng)用卻越來越多。直至上個世紀8080，F(xiàn)RPFRP材料在土木工程上的應(yīng)用研究才又趨于活躍。但目前相關(guān)的主要研究材料在土木工程上的應(yīng)用研究才又趨于活躍。但目前相關(guān)的主要研究大都集中在北美的加拿大和美國、亞洲的日本、大洋洲的澳大利亞和大都集中在北美的加拿大和美國、亞洲的日本、大洋洲的澳大利亞和西歐的一些發(fā)達國家等，其它國家和地區(qū)的相應(yīng)研究要少得多。我國西歐的一些發(fā)達國家等，其它國家和地區(qū)的相應(yīng)研究要少得多。我國從從2020世紀世紀8080年代后期開始對年代后期開始對FRPFRP修復(fù)加固土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)進行研究并修復(fù)加固土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)進行研究并應(yīng)

3、用于工程實踐，目前已經(jīng)形成了科研院所、高等院校、生產(chǎn)單位、應(yīng)用于工程實踐，目前已經(jīng)形成了科研院所、高等院校、生產(chǎn)單位、商業(yè)公司共同努力，技術(shù)迅速發(fā)展的勢頭。商業(yè)公司共同努力，技術(shù)迅速發(fā)展的勢頭。 u 前言前言u FRPFRP材料的種類材料的種類 碳纖維增強塑料碳纖維增強塑料CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer)； 玻璃纖維增強塑料玻璃纖維增強塑料GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer)； 芳綸纖維增強塑料芳綸纖維增強塑料AFRP (Aramid Fiber Reinforced Polymer)。u FRPFRP材料的優(yōu)點

4、材料的優(yōu)點抗拉強度高、重量輕、免銹蝕、熱膨脹系數(shù)低、無磁性以及抗疲勞性能抗拉強度高、重量輕、免銹蝕、熱膨脹系數(shù)低、無磁性以及抗疲勞性能 如如CFRP的抗拉強度有的可達到的抗拉強度有的可達到3000MPa，而重量卻僅為鋼材的，而重量卻僅為鋼材的1/5，強度與質(zhì)量密度的比值高（比鋼材高強度與質(zhì)量密度的比值高（比鋼材高1015倍）倍） u FRPFRP材料的不足之處材料的不足之處1、材料各向異性，造成受力上有許多不同于傳統(tǒng)材料的現(xiàn)象；、材料各向異性，造成受力上有許多不同于傳統(tǒng)材料的現(xiàn)象；2、材料整體的抗剪強度及層間剪切強度低，因而造成連接件設(shè)計上的困難；、材料整體的抗剪強度及層間剪切強度低，因而造成

5、連接件設(shè)計上的困難；3、材料直到拉斷還表現(xiàn)出線彈性的力學(xué)特征，其斷裂應(yīng)變小，破壞呈脆性，、材料直到拉斷還表現(xiàn)出線彈性的力學(xué)特征，其斷裂應(yīng)變小，破壞呈脆性，防火性能差。防火性能差。 FRP材料的連接和錨固以及組成結(jié)構(gòu)的延性是這種材料應(yīng)用到土材料的連接和錨固以及組成結(jié)構(gòu)的延性是這種材料應(yīng)用到土木工程中必須注重的關(guān)鍵問題。木工程中必須注重的關(guān)鍵問題。u FRPFRP幾種常用的產(chǎn)品型式幾種常用的產(chǎn)品型式 片材片材筋材筋材格構(gòu)型材格構(gòu)型材 FRPFRP在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用 FRPFRP布加固主梁以提高布加固主梁以提高抗彎性能抗彎性能FRPFRP布加固橋墩以提高布加固橋墩以提高強度

6、和延性強度和延性 FRPFRP在新建結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用在新建結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 1992年英國建成的全年英國建成的全FRP人人行斜拉橋行斜拉橋Aberfeldy橋橋 GFRPGFRP AFRP 19961996年瑞士建成了第一座年瑞士建成了第一座CFRPCFRP拉索公路拉索公路橋橋Stork Bridge Stork Bridge 2415mm國內(nèi)首座國內(nèi)首座CFRPCFRP拉索斜拉橋江蘇大學(xué)西山人行天橋拉索斜拉橋江蘇大學(xué)西山人行天橋 FRPFRP智能特性在工程中的應(yīng)用智能特性在工程中的應(yīng)用 FRP FRP的智能特性是指在的智能特性是指在FRPFRP材料生產(chǎn)過程中將光纖傳感器置于纖維材料生產(chǎn)過程中將光纖傳

7、感器置于纖維和樹脂之中，利用光纖傳感器進行實時檢測。和樹脂之中，利用光纖傳感器進行實時檢測。 加拿大的加拿大的Confederation 橋及其內(nèi)的智能傳感器橋及其內(nèi)的智能傳感器 FRPFRP結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)程的編制結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)程的編制 日本：日本： FRPFRP的設(shè)計與施工指南；的設(shè)計與施工指南；美國：美國：FRPFRP配筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工指南；配筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工指南；歐洲：歐洲：FRPFRP加筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和混凝土加固設(shè)計指南；加筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和混凝土加固設(shè)計指南；中國：碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。中國：碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。 有待進一步研究的領(lǐng)

8、域有待進一步研究的領(lǐng)域 (1)(1)自主開發(fā)性能穩(wěn)定的自主開發(fā)性能穩(wěn)定的FRPFRP產(chǎn)品；產(chǎn)品；(2)FRP(2)FRP材料、構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、設(shè)計理論和設(shè)計方材料、構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、設(shè)計理論和設(shè)計方法的研究，建立適用于不同法的研究，建立適用于不同F(xiàn)RPFRP材料的統(tǒng)一計算模型；材料的統(tǒng)一計算模型；(3)FRP(3)FRP材料的連接和錨固及其它與結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程施工有關(guān)的材料的連接和錨固及其它與結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程施工有關(guān)的構(gòu)造措施及施工制作技術(shù)；構(gòu)造措施及施工制作技術(shù)；(4)(4)相關(guān)設(shè)計與施工規(guī)程的編制。相關(guān)設(shè)計與施工規(guī)程的編制。 相關(guān)的研究成果相關(guān)的研究成果 碳纖維（碳纖維（CFRPCFRP）配筋預(yù)）配筋預(yù)應(yīng)力混凝土薄腹應(yīng)力混凝土薄腹T T梁受力梁受力性能試驗研究性能試驗研究 體外配置碳纖維（體外配置碳纖維（CFRPCFRP）預(yù)應(yīng)力筋混凝土箱梁長期預(yù)應(yīng)力筋混凝土箱梁長期性能試驗研究性能試驗研究 相關(guān)的研究成果相關(guān)的研究成果 靜載試驗裝置靜載試驗裝置疲勞試驗裝置疲勞試驗裝置夾片預(yù)緊試驗裝置夾片預(yù)緊試驗裝置筋材預(yù)張試驗裝置筋材預(yù)張試驗裝置粘結(jié)式錨具粘結(jié)式錨具復(fù)合式錨具復(fù)合式錨具夾片式錨具夾片式錨具錨固系統(tǒng)錨固系統(tǒng)研究研究 相關(guān)的研究成果相關(guān)