預制裝配式CFRP筋預應力混凝土T梁標準設計綜述

(重慶交通大學　重慶　400000)

一、引言

交通行業建設需要建設大量的橋梁涵洞，交通行業基礎設施工程量巨大，只有制定一個科學合理的行業標準，才能夠為交通行業的建設提供可靠的保障。交通行業同其他土木行業類似，大型和特大型工程所占比例遠遠小于中性工程，加大對中型工程標準的研究不僅可以提高工程整體的安全性，還可以降低建造成本和運營的成本，提高工程的持久性和耐久性。預制裝配式CFRP筋預應力混凝土T梁可以參考裝配式預應力簡支T梁的特點，結合新材料新工藝的特點，根據之前研究的方法制定研究方法。預制裝配式CFRP筋預應力混凝土T梁標準是一個非常非常大的概念，之所以做這一方面的研究是為了解決國內當前所面臨的問題。

二、CFRP材料介紹

CFRP最開始由美國開始制造，1950年，美國空軍基地在2000℃高溫下牽引人造絲得到CFRP。1962年，日本碳素公司實現低模量聚丙烯腈基CFRP的工業化生產；1963年英國航空材料研究所開發出高模量聚丙烯腈基CFRP。CFRP筋為碳纖維復合材料，其主要組成部分包括纖維和樹脂基體，纖維的體積含量約為70%～80%，通常而言，單根CFRP筋中含有十萬根左右的連續纖維束。CFRP筋為脆性材料，其應力-應變關系直至破壞均為線彈性，沒有明顯的屈服點，纖維的破壞均為較低應變是的脆性斷裂[1]。

與鋼筋相比CFRP筋具有以下幾種特點：抗拉強度遠遠超過了鋼筋，與高強鋼絲不相上下，并且在達到CFRP筋的極限抗拉強度之前，幾乎沒有塑性變形；同等直徑下，其重量僅為鋼材的1/7～1/5；由于CFRP筋質量輕、強度高、施工方便；抗腐蝕性能良好，尤其是用于腐蝕性較強的環境，代替傳統的超強鋼絲，是其最突出的優點之一；CFRP的密度僅為鋼材的25%左右，比強度高，是鋼材的20～50倍，有利于減輕橋梁的自重，在大跨徑中尤為顯著。抗剪強度低，CFRP的抗剪前度很低，通常不超過其抗拉強度的10%在將CFPR筋作預應力筋以及進行CFRP應用需要專門研制錨具等[2]。

三、國內外研究成果

我國是在90年代中后期正式開始對CFRP材料加固修復土木建筑結構進行研究的，并于1998年開始在工程中應用。從國內今年來的應用工程的項目數量來看，在橋梁領域的項目逐年增加[3]。

傳統的鋼筋混凝土材料普遍存在因鋼筋腐蝕引起耐久性的問題，新材料的使用為解決耐久性問題提供了新的途徑。美國、日本、歐洲等地正在積極開展用纖維增強聚合物取代鋼筋用于增強混凝土的研究，國內的科技工作者在這個領域取得了一定的進展，有好多的成果已經運用到了實際的工程中。

CFRP材料加固橋梁具有施工方便、適應性好、耐腐蝕、幾乎不增加結構自重、對原結構不會造成新的損傷等優點將會給橋梁加固修補技術帶來重大變革，將為橋梁領域開辟新的產業途徑、促進橋梁加固技術的進步[4]。目前，CFRP材料在橋梁加固領域已經蓬勃發展，缺點就是成本較傳統鋼絞線有所增加，但是隨著制造工藝的進步，未來CFRP仍舊有巨大的潛力。

根據CFPR筋預應力混凝土梁，根據主筋和混凝土的接觸方式分為黏結、部分黏結和無粘結三種方式[5]。在橋梁加固中一般采用體外預應力筋的方式，或者粘貼體外碳纖維布的方法，對病害位置進行處治。國內外研究者針對不同的主筋接觸方式做了大量的試驗，為后期CFRP筋預應力T梁標準的研究提供的參考依據。根據現有的研究成果，CFRP筋不論采用那種形式，并不能保證CFPR材料完全的利用。我們應該做的就是把前人的研究成果做一個整合，在現有的已知的方面實現最優化。

體外預應力的特點的主要優點在于：截面內只配置少量的有粘結普通鋼筋，使得截面的尺寸相應的縮小，減輕結構自重。主要施工工序簡單，混凝土澆筑方便，質量容易得到保證；體外預應力筋容易設置，使用期內容易檢查和更換；體外預應力筋僅在錨固區和轉向塊處與結構相連接，摩擦損失明顯減小[6]。

研究表明：僅配有全預應力CFRP筋的混凝土結構由于CFRP筋有限的極限應變使得其變形能力較差；而預應力CFRP筋和非預應力鋼筋混合配筋的部分預應力結構具有良好的變形能力及較好的裂縫分布形態。完全粘結預應力CFRP筋結構雖具有較高的承載能力，但其變形性能較差；而完全無粘結CFRP筋結構能保證梁具有很好的轉動能力和承載能力，但其端部錨固區的抗疲勞性能較差[7]。裝配式預應力CFRP筋T梁應采用采用現有不同的結構形式，分組準備試樣，保證實驗樣本的多樣性，從而取得剛理想的試驗數據。

科學的試驗方法是獲得試驗成功的保障，獲取有效的數據是去的試驗結果的前提。制定試驗方法之前應當充分挖掘已有的研究成果，不僅可以節約試驗的成本還可以加快研究的進程提升效率。一個優秀的科研工作者不僅善于解決問題，還善于利用別人已有的科研成果。預應力CFRP筋在國內外的應用更加普遍，因此國家關于預應力CFRP筋標準化的研究應當盡快的提上日程。

四、總結

裝配式結構的制造和施工具有其他結構所不具有的優點。橋梁的設計要求安全、適用、經濟、美觀并且有利于環保。裝配式結構的運用大大加快了我國基礎工程的建設，促進了交通行業的發展，不僅節約了資金而且大大加快了工程施工的速度。CFRP作為一種應用廣泛的高性能材料，有必要把它應用到實際工程中。結合目前的行業情況，把預制鋼筋混凝土重的預應力筋用CFRP筋代替，不僅是行業發展的必然結果還是促進交通行業綠色發展的必然選擇。在未來在利用新材料和新工藝的標準化中，新的材料逐步代替舊的材料是行業發展的必然趨勢。我們應答把握這樣的一個機會，以及行業發展的大方向，為國家的發展出一份力。通過自己的研究取得更多的研究成果，把科研成果應用于實際的工程中，科研不僅要超越現實更要服務于現實，預制裝配式CFRP筋預應力混凝土T梁標準設計研究就是把科研整合成具有對現實工程知道作用的途徑。目前我所了解到CFRP筋應用中所遇到的最大的問題就是抗拉性能優越，但是抗剪性能卻只有其抗拉性能的十分之一，CFRP筋錨固問題一直都是工程中所面臨的首要問題。目前市場中的錨具都具有一定的局限性，不能像鋼絞線錨具具有普遍的適用性。雖然CFRP筋具有各種各樣的缺點，但它優異的力學性能具有其他材料難以取代的優勢，還有就是隨著未來技術的進步和材料的優化將會有更好的解決方案。

五、展望與思考

科學技術在發展，每一天都有新的技術誕生，對于交通行業不僅要創新，更應該把行業內比較成熟的技術制定成科學的行業標準。科學的行業標準可以促進行業健康的發展，還可以把新技術推廣到實際工程中。未來裝配式預應力CFRP筋混凝土T梁將會普遍的應用于橋梁中，如同今天普通鋼筋混凝土一樣普遍。未來不僅僅只有CFRP筋梁橋數量增加，以CFRP材料為主要結構的橋梁所占比重將會大大增加。橋梁的結構形式更加的多樣化，在CFRP材料的支撐下，橋梁的跨越能力更強，抗震性和耐久性更優良。