復(fù)合材料在土木工程中應(yīng)用的幾點思考

摘 要：本文主要討論了土木工程應(yīng)用中復(fù)合材料的新發(fā)展，介紹了一些工程實例，指出了土木工程在應(yīng)用中存在的問題，希望能為解決土木工程問題提供借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞 ：復(fù)合材料；土木工程；雜交材料；雜交結(jié)構(gòu)；力學(xué)性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.069

1 雜交材料之纖維增強混凝土

1.1 何為雜交材料

纖維增強水泥和混凝土已經(jīng)應(yīng)用于土木工程，但水泥在纖維上的腐蝕是這種材料開發(fā)的關(guān)鍵，多年前開發(fā)了玻璃纖維，阿拉米纖維，凱爾纖維，碳纖維增強低碳鋼，而不是 FRP，由鋼筋混凝土復(fù)合材料制成。 由復(fù)合材料和混凝土組成，稱為雜交材料。

1.2 對比下增強混凝土的優(yōu)勢

梁柱通常是低碳鋼，主要應(yīng)力壓縮區(qū)配置一定量，由于低碳鋼在通常的冷凍或化學(xué)反應(yīng)條件下迅速腐蝕，引起鋼筋膨脹和拉伸應(yīng)力引起的裂紋混凝土在混凝土中的破壞已經(jīng)嘗試了。通過添加水混合物，不滲透膜和環(huán)氧樹脂保護層來解決這個問題并不成功，F(xiàn)RP用纖維增強而不是低碳鋼加入混凝土梁柱，具有良好的耐腐蝕性，抗沖擊性和電絕緣性能。一般來說，熱變形特性和軸承鋼的傳統(tǒng)類似于首先傳遞到表面上的鋼筋，它只有傳統(tǒng)的加強1/4，水泥基體中加熱塊的膨脹和鋼環(huán)氧樹脂的價格樹脂涂層相同，如果高強度混凝土，其強度比低碳鋼高出90%，裂紋寬度在允許的設(shè)計范圍內(nèi)。

2 用復(fù)合材料外包法修復(fù)、加固、翻新原有結(jié)構(gòu)

2.1 修復(fù)、加固、翻新

由于混凝土和鋼結(jié)構(gòu)具有價格低廉的特點，非常好。它們是目前應(yīng)用最廣泛的建筑材料，但在濕或海洋環(huán)境或化學(xué)腐蝕環(huán)境中，結(jié)構(gòu)常常產(chǎn)生膨脹，開裂和剝落增加了工作量。也導(dǎo)致許多橋梁的小規(guī)模災(zāi)難性故障。如果選用高強度復(fù)合材料，跨度可達300米，連接可以簡單而且通過紅外觀測可以保證施工質(zhì)量（鋼筋不可能）。因此，經(jīng)濟實用的復(fù)合材料外包維修或加固方法的原有結(jié)構(gòu)越來越引起人們的關(guān)注。復(fù)合修復(fù)結(jié)構(gòu)稱為混合結(jié)構(gòu)。德國的Kattenbuhy橋是首先使用FRP層壓板來加強橋梁工程。這是多跨連續(xù)箱梁的主跨度為45.9米（9橫），側(cè)跨為36.5米（2交叉）。在地板和連接點的抗彎矩期間使用裂紋。然后在1987年為每個節(jié)點進行20個FRP玻璃層壓板修復(fù)。實驗結(jié)果表明，在疲勞載荷應(yīng)力下，裂紋寬度降低到50%，減少研究36%。瑞士聯(lián)邦材料測試研究實驗室（EMPA）1991年成功修復(fù)了瑞士盧塞恩Ibah橋由于網(wǎng)橋鉆孔等原因，預(yù)應(yīng)力鋼筋被破壞，長達39米，碳纖維板增強技術(shù)。在美國的Delare中，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的加固和修復(fù)存在于梁底部的縱向裂縫中，這是由于預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁底部缺少原始結(jié)構(gòu)相互加強措施，最后使用碳纖維布包裹麻布這是一個很大的成功。邁森市的一個教堂，德國哥特式木桁架屋頂由A形，屋頂?shù)膲Ρ诹芽p達4厘米，拉伸桁架為纖維纏繞連接方式以減少木桁架桿的關(guān)節(jié)力點的形狀。日本的混合結(jié)構(gòu)已被廣泛使用，日本三菱公司和歐洲各國使用的方法不同。化工廠和大橋公司在加強結(jié)構(gòu)柱和煙囪表外包的成功合作。在日本南部由于建立了一座長城橋，增加了力田公路橋梁，考慮到結(jié)構(gòu)的安全性應(yīng)加強。后來在混凝土甲板外包兩個分別和道路橫向和縱向碳纖維板。

3 就目前來看，復(fù)合材料在土木工程應(yīng)用中還有的問題

（1）設(shè)計標準的復(fù)合結(jié)構(gòu)現(xiàn)在基本上是免費的設(shè)計師，而不是什么標準。對于大多數(shù)工程技術(shù)人員來說，對于鋼鐵，木材，混凝土設(shè)計等傳統(tǒng)建筑材料都熟悉并有很多代碼可以參考。復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域取得更大發(fā)展，制定相應(yīng)的設(shè)計標準，規(guī)范和試驗方法非常重要。許多國家致力于在這一領(lǐng)域進行研究，例如Eu768的歐洲尤里卡項目歐洲合作項目。

（2）成本一直是工業(yè)發(fā)展部門，工程結(jié)構(gòu)和投資者關(guān)心的問題的受益者。復(fù)合材料成本較高，如果與標準Fe360和復(fù)合鋼板相比，m3板每件成本比昂貴的4?20倍。但是我們應(yīng)該看到，工程材料成本只占整個項目的20%的成本，復(fù)合材料的強度，比剛度，復(fù)合結(jié)構(gòu)和常規(guī)材料，結(jié)構(gòu)材料的數(shù)量是不平等的，想象需要修復(fù)94T鋼加固項目只有4.5噸碳纖維板可以完成。而且由于復(fù)合燈，為施工帶來極大的方便，不用大型起重設(shè)備。在佛羅里達州沙哈維95號高速公路橋梁作為卡車撞到梁外（25.9米跨度），扭曲和裂縫，使用碳纖維板和三菱化學(xué)公司Reark，維修工作簡單。綜合價格一直在下降，維修復(fù)雜，結(jié)構(gòu)使用壽命長，維護成本低。

（3）機械力學(xué)問題是當前研究的一個關(guān)鍵問題，土木工程應(yīng)用中需要解決的復(fù)合力學(xué)問題包括：

1）由于各向異性復(fù)合材料本身的復(fù)合材料本身的機械性能，異質(zhì)性，組成，組成和化學(xué)性質(zhì)，熱性能，幾何形狀和尺寸對其機械性能的影響。非機械耦合。

2）混合材料的混合材料在負荷，變形，裂紋產(chǎn)生的機械問題。由于FRP鋼筋的低彈性模量（相對于鋼筋），混凝土內(nèi)部的斷裂機理引起大的變形。 FRP鋼筋和混凝土之間的結(jié)合效應(yīng)以及由于失效的拉出失效機理引起的混凝土滑移FRP鋼筋中的FRP鋼筋，F(xiàn)RP增強粘彈性混凝土的蠕變和最終的混合材料減少，導(dǎo)致混凝土損壞的破壞機理容量。

3）復(fù)合材料機械問題之間的粘結(jié)效應(yīng)之間的機械分析粘合劑 混凝土混合結(jié)構(gòu)及其界面。混凝土復(fù)合材料。彎曲和剪切的失效模式和失效標準。復(fù)合材料沒有預(yù)應(yīng)力外包結(jié)構(gòu)的承載能力，彎曲變形，剪切破壞模式的影響。在動態(tài)負載和故障模式下外部結(jié)構(gòu)響應(yīng)。暴露環(huán)境中的濕度外包結(jié)構(gòu)，以及凍融條件，海水對界面機械性能的影響現(xiàn)有問題。

4 結(jié)束語

在本文中的一些工程實例，綜合材料在土木工程和新開發(fā)中的應(yīng)用總結(jié)，并提出了需要解決的問題。 未來社會是復(fù)合材料，人造復(fù)合材料的機械性能和復(fù)合材料土木工程的社會，作為外包結(jié)構(gòu)修復(fù)，加固，原有結(jié)構(gòu)的整修和復(fù)合材料的整體結(jié)構(gòu)，組分復(fù)合材料 主要受到深入研究結(jié)構(gòu)的影響，將制定有效的設(shè)計標準，機械試驗方法和評價標準。 在不影響環(huán)境的前提下，提高運行能力結(jié)構(gòu)，延長復(fù)合材料的研究將帶來土木工程革命。

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作者簡介：楊城（1996-），男，貴州岑鞏人，本科在讀，研究方向：土木工程專業(yè)。endprint