新型复合材料FRP在土木工程中的应用

1、新型复合材料新型复合材料FRPFRP在土木工在土木工程中的应用程中的应用 纤维增强复合材料纤维增强复合材料FRPFRP（Fiber Reinforced Polymer/Plastics）在土在土木工程中的研究与应用始于木工程中的研究与应用始于6060年代的美国，但在当时及随后的年代的美国，但在当时及随后的2020多年多年里，由于里，由于FRPFRP材料价格居高不下以及试验结果不理想，使得其在土木工材料价格居高不下以及试验结果不理想，使得其在土木工程中的应用研究趋于停滞，但其在航天航空业、造船业、汽车工业和程中的应用研究趋于停滞，但其在航天航空业、造船业、汽车工业和运动器材制造业等方面的成功应

2、用却越来越多。直至上个世纪运动器材制造业等方面的成功应用却越来越多。直至上个世纪8080，FRPFRP材料在土木工程上的应用研究才又趋于活跃。但目前相关的主要研究材料在土木工程上的应用研究才又趋于活跃。但目前相关的主要研究大都集中在北美的加拿大和美国、亚洲的日本、大洋洲的澳大利亚和大都集中在北美的加拿大和美国、亚洲的日本、大洋洲的澳大利亚和西欧的一些发达国家等，其它国家和地区的相应研究要少得多。我国西欧的一些发达国家等，其它国家和地区的相应研究要少得多。我国从从2020世纪世纪8080年代后期开始对年代后期开始对FRPFRP修复加固土木建筑结构技术进行研究并修复加固土木建筑结构技术进行研究并应

3、用于工程实践，目前已经形成了科研院所、高等院校、生产单位、应用于工程实践，目前已经形成了科研院所、高等院校、生产单位、商业公司共同努力，技术迅速发展的势头。商业公司共同努力，技术迅速发展的势头。 u 前言前言u FRPFRP材料的种类材料的种类 碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer)； 玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer)； 芳纶纤维增强塑料芳纶纤维增强塑料AFRP (Aramid Fiber Reinforced Polymer)。u FRPFRP材料的优点

4、材料的优点抗拉强度高、重量轻、免锈蚀、热膨胀系数低、无磁性以及抗疲劳性能抗拉强度高、重量轻、免锈蚀、热膨胀系数低、无磁性以及抗疲劳性能 如如CFRP的抗拉强度有的可达到的抗拉强度有的可达到3000MPa，而重量却仅为钢材的，而重量却仅为钢材的1/5，强度与质量密度的比值高（比钢材高强度与质量密度的比值高（比钢材高1015倍）倍） u FRPFRP材料的不足之处材料的不足之处1、材料各向异性，造成受力上有许多不同于传统材料的现象；、材料各向异性，造成受力上有许多不同于传统材料的现象；2、材料整体的抗剪强度及层间剪切强度低，因而造成连接件设计上的困难；、材料整体的抗剪强度及层间剪切强度低，因而造成

5、连接件设计上的困难；3、材料直到拉断还表现出线弹性的力学特征，其断裂应变小，破坏呈脆性，、材料直到拉断还表现出线弹性的力学特征，其断裂应变小，破坏呈脆性，防火性能差。防火性能差。 FRP材料的连接和锚固以及组成结构的延性是这种材料应用到土材料的连接和锚固以及组成结构的延性是这种材料应用到土木工程中必须注重的关键问题。木工程中必须注重的关键问题。u FRPFRP几种常用的产品型式几种常用的产品型式 片材片材筋材筋材格构型材格构型材 FRPFRP在现有结构加固中的应用在现有结构加固中的应用 FRPFRP布加固主梁以提高布加固主梁以提高抗弯性能抗弯性能FRPFRP布加固桥墩以提高布加固桥墩以提高强度

6、和延性强度和延性 FRPFRP在新建结构中的应用在新建结构中的应用 1992年英国建成的全年英国建成的全FRP人人行斜拉桥行斜拉桥Aberfeldy桥桥 GFRPGFRP AFRP 19961996年瑞士建成了第一座年瑞士建成了第一座CFRPCFRP拉索公路拉索公路桥桥Stork Bridge Stork Bridge 2415mm国内首座国内首座CFRPCFRP拉索斜拉桥江苏大学西山人行天桥拉索斜拉桥江苏大学西山人行天桥 FRPFRP智能特性在工程中的应用智能特性在工程中的应用 FRP FRP的智能特性是指在的智能特性是指在FRPFRP材料生产过程中将光纤传感器置于纤维材料生产过程中将光纤传

7、感器置于纤维和树脂之中，利用光纤传感器进行实时检测。和树脂之中，利用光纤传感器进行实时检测。 加拿大的加拿大的Confederation 桥及其内的智能传感器桥及其内的智能传感器 FRPFRP结构相关规程的编制结构相关规程的编制 日本：日本： FRPFRP的设计与施工指南；的设计与施工指南；美国：美国：FRPFRP配筋混凝土结构的设计与施工指南；配筋混凝土结构的设计与施工指南；欧洲：欧洲：FRPFRP加筋混凝土、预应力混凝土和混凝土加固设计指南；加筋混凝土、预应力混凝土和混凝土加固设计指南；中国：碳纤维布加固修复混凝土结构技术规程。中国：碳纤维布加固修复混凝土结构技术规程。 有待进一步研究的领

8、域有待进一步研究的领域 (1)(1)自主开发性能稳定的自主开发性能稳定的FRPFRP产品；产品；(2)FRP(2)FRP材料、构件及整体结构的力学性能、设计理论和设计方材料、构件及整体结构的力学性能、设计理论和设计方法的研究，建立适用于不同法的研究，建立适用于不同FRPFRP材料的统一计算模型；材料的统一计算模型；(3)FRP(3)FRP材料的连接和锚固及其它与结构设计和工程施工有关的材料的连接和锚固及其它与结构设计和工程施工有关的构造措施及施工制作技术；构造措施及施工制作技术；(4)(4)相关设计与施工规程的编制。相关设计与施工规程的编制。 相关的研究成果相关的研究成果 碳纤维（碳纤维（CFRPCFRP）配筋预）配筋预应力混凝土薄腹应力混凝土薄腹T T梁受力梁受力性能试验研究性能试验研究 体外配置碳纤维（体外配置碳纤维（CFRPCFRP）预应力筋混凝土箱梁长期预应力筋混凝土箱梁长期性能试验研究性能试验研究 相关的研究成果相关的研究成果 静载试验装置静载试验装置疲劳试验装置疲劳试验装置夹片预紧试验装置夹片预紧试验装置筋材预张试验装置筋材预张试验装置粘结式锚具粘结式锚具复合式锚具复合式锚具夹片式锚具夹片式锚具锚固系统锚固系统研究研究 相关的研究成果相关