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(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)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(guó)，但在當(dāng)時(shí)及隨后的年代的美國(guó)，但在當(dāng)時(shí)及隨后的2020多年多年里，由于里，由于FRPFRP材料價(jià)格居高不下以及試驗(yàn)結(jié)果不理想，使得其在土木工材料價(jià)格居高不下以及試驗(yàn)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(yùn)動(dòng)器材制造業(yè)等方面的成功應(yīng)

2、用卻越來(lái)越多。直至上個(gè)世紀(jì)運(yùn)動(dòng)器材制造業(yè)等方面的成功應(yīng)用卻越來(lái)越多。直至上個(gè)世紀(jì)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(guó)、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(guó)、亞洲的日本、大洋洲的澳大利亞和西歐的一些發(fā)達(dá)國(guó)家等，其它國(guó)家和地區(qū)的相應(yīng)研究要少得多。我國(guó)西歐的一些發(fā)達(dá)國(guó)家等，其它國(guó)家和地區(qū)的相應(yīng)研究要少得多。我國(guó)從從2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代后期開(kāi)始對(duì)年代后期開(kāi)始對(duì)FRPFRP修復(fù)加固土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究并修復(fù)加固土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究并應(yīng)

3、用于工程實(shí)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(shí)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(shì)頭。商業(yè)公司共同努力，技術(shù)迅速發(fā)展的勢(shì)頭。 u 前言前言u(píng) FRPFRP材料的種類材料的種類 碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)塑料CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer)； 玻璃纖維增強(qiáng)塑料玻璃纖維增強(qiáng)塑料GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer)； 芳綸纖維增強(qiáng)塑料芳綸纖維增強(qiáng)塑料AFRP (Aramid Fiber Reinforced Polymer)。u FRPFRP材料的優(yōu)點(diǎn)

4、材料的優(yōu)點(diǎn)抗拉強(qiáng)度高、重量輕、免銹蝕、熱膨脹系數(shù)低、無(wú)磁性以及抗疲勞性能抗拉強(qiáng)度高、重量輕、免銹蝕、熱膨脹系數(shù)低、無(wú)磁性以及抗疲勞性能 如如CFRP的抗拉強(qiáng)度有的可達(dá)到的抗拉強(qiáng)度有的可達(dá)到3000MPa，而重量卻僅為鋼材的，而重量卻僅為鋼材的1/5，強(qiáng)度與質(zhì)量密度的比值高（比鋼材高強(qiáng)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(qiáng)度及層間剪切強(qiáng)度低，因而造成連接件設(shè)計(jì)上的困難；、材料整體的抗剪強(qiáng)度及層間剪切強(qiáng)度低，因而造成

5、連接件設(shè)計(jì)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(wèn)題。木工程中必須注重的關(guān)鍵問(wèn)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(qiáng)度

6、和延性強(qiáng)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(guó)建成的全年英國(guó)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(guó)內(nèi)首座國(guó)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(guò)程中將光纖傳感器置于纖維材料生產(chǎn)過(guò)程中將光纖傳

7、感器置于纖維和樹(shù)脂之中，利用光纖傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。和樹(shù)脂之中，利用光纖傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。 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(jì)與施工指南；的設(shè)計(jì)與施工指南；美國(guó)：美國(guó)：FRPFRP配筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工指南；配筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)指南；加筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和混凝土加固設(shè)計(jì)指南；中國(guó)：碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。中國(guó)：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(jìn)一步研究的領(lǐng)

8、域有待進(jìn)一步研究的領(lǐng)域 (1)(1)自主開(kāi)發(fā)性能穩(wěn)定的自主開(kāi)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(jì)理論和設(shè)計(jì)方材料、構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)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(jì)算模型；材料的統(tǒng)一計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)與施工規(guī)程的編制。相關(guān)設(shè)計(jì)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(yàn)研究性能試驗(yàn)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(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力筋混凝土箱梁長(zhǎng)期性能試驗(yàn)研究性能試驗(yàn)研究 相關(guān)的研究成果相關(guān)的研究成果 靜載試驗(yàn)裝置靜載試驗(yàn)裝置疲勞試驗(yàn)裝置疲勞試驗(yàn)裝置夾片預(yù)緊試驗(yàn)裝置夾片預(yù)緊試驗(yàn)裝置筋材預(yù)張?jiān)囼?yàn)裝置筋材預(yù)張?jiān)囼?yàn)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)