纖維增強復合材料在橋梁加固方面的應用 zund G3 XL-1600-MDF-板台中雕刻裁切加工－林卓禎焦點新聞熱搜

　　摘要：隨著我國社會的進步，經濟的騰飛，橋梁建設亦得到迅猛發展，各種新型復合材料越來越多地應用到了橋梁加固方面。本文在介紹纖維增強復合材料（FRP）的優點基礎上，詳細介紹了FRP材料加固橋梁的優點以及適用范圍，并指出FRP尚存問題以及今后的研究方向，以期為類似工程的實踐提供有益借鑒。
　　關鍵詞：纖維增強材料、加固

　　纖維增強復合材料（FRP）
　　簡介：
　　FRP （纖維增強復合材料）是近年來在土木工程中應用日益廣泛的一種新型的結構材料。它具有高強、輕質、耐腐蝕等顯著優點，已經在結構的加固補強、圍護防腐等方面得到了很好的應用。隨著FRP材料的優越性能逐漸為工程界所認可，國外許多工程開始將它應用于新建的橋梁中，甚至是大跨度橋梁中。目前結構工程中常用的FRP材料主要是樹脂基體的玻璃纖維（GFRP）、碳纖維（CFRP）和芳綸纖維（AFRP）等。
　　2、纖維增強復合材料在國內外的發展：
　　從上世紀70 年代開始，FRP 材料就開始在橋梁工程中嘗試應用。英國、美國和以色列先應用這種新型材料作為建筑結構和橋梁結構中的主要構件，當時大多采用的是GFRP（玻璃纖維增強復合材料，即玻璃鋼）。
　　1992 年，英國蘇格蘭的 Aberfeldy 高爾夫俱樂部的球場中，建成了一座全 FRP結構的斜拉人行天橋。
　　1996 年，在瑞士建成了上座使用了FRP 斜拉索的公路橋――Stork Bridge。
　　1996 年，美國Kansas 州Russell 附近的無名溝壑上架起了座采用FRP 橋面板公路橋。
　　我國是研究應用玻璃纖維復合材料建筑橋梁較早的之一，1982年在北京密云建成的上座玻璃纖維復合材料公路橋為單跨簡支箱梁橋，雙車道，跨徑20.7m，橋寬11.8m，由6根蜂窩箱梁組成，可通行汽一15級、掛一80級荷載；重慶的觀音橋也是用玻璃纖維復合材料建造的，橋梁跨徑72.8m，全長 167m。
　　3、纖維增強復合材料的優點：
　　1：輕質高強。FRP材料突出的優點在于它有很高的比強度（極限強度/相對容重），即通常所說的輕質高強。
　　2：良好的耐腐蝕性。可以在酸、堿、氯鹽和潮濕的環境中抵抗化學腐蝕,這是傳統結構材料特別是鋼材所難以比擬的。
　　3：良好的可設計性。與傳統結構材料相比，這是FRP 所獨有的。工程師可以通過使用不同纖維種類、控制纖維的含量和鋪陳不同方向的纖維設計出各種強度和彈性模量的FRP產品。
　　4：FRP 產品非常適合于在工廠生產、運送到工地、現場安裝的工業化施工過程，有利于保證工程質量，有利于提高勞動效率，有利于工程建設的工業化。
　　5：FRP 產品還有一些其它優勢，如透電磁波、絕緣、隔熱、熱脹系數小等等，這使得FRP結構和FRP組合結構在一些特殊場合能夠發揮難以取代的作用。
　　碳纖維加固技術在混凝土結構加固中的應用
　　1、碳纖維加固技術簡介
　　碳纖維復合材料(CFRP)加固修復混凝土結構技術是近年來興起的一項新型加固技術，該項技術是將碳素纖維這種高性能纖維應用于土木工程，利用樹脂類材料把碳纖維粘貼于結構或構件表面，形成復合材料體，通過其與結構或構件的協同工作，達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。
　　碳纖維加固技術特點
　　（1)、施工簡便迅速
　　用碳纖維布修復補強混凝土結構只需將被修補部位的混凝土表面修補打磨平整，表面潔凈，刷涂特定的環氧樹脂，然后粘貼碳纖維布，后再涂一層環氧樹脂自然固化養護即可。不需任何夾具、模板和支撐，施工既簡便又迅速。
　　（2)、不增加結構自重
　　碳纖維布的重量僅200～300g/m2，設計厚度0.111～0.167mm，加上環氧樹脂的重量也仍然很輕，對結構自重的影響甚微，可忽略不計。
　　（3)、能適應各種結構外型的補強
　　碳纖維布的厚度很薄，可以裁剪成所需形狀，順應結構的外形(如變截面梁、曲線梁)粘貼在混凝土表面，粘貼亦較方便。
　　（4)、能多層粘貼
　　根據補強設計的要求，碳纖維布可以在一個部位重疊粘貼，即貼上一層后上面再貼一層，連續貼很多層，充分滿足補強要求。
　　（5)、能有效地封閉混凝土裂縫
　　碳纖維布粘貼在混凝土表面，不僅封閉了混凝土的裂縫，碳纖維布高強高模量的特點還約束了混凝土結構裂縫的生成與擴展，改變了裂縫的形態，使寬而深的裂縫變成分散的細微裂縫，從而提高了混凝土構件的整體剛度。
　　碳纖維加固技術特點
　　（1）、抗彎加固
　　通過將碳纖維布粘貼于構件受拉區，代替或補充鋼筋的受拉性能，來提高構件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構件受拉區混凝土開裂前，碳纖維的應變很小；在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發揮作用，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現。
　　（2）、抗剪加固
　　鋼筋混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構件的受剪區，這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構件屈服前，碳纖維的應變發展緩慢，所達到的大應變值也較小；在構件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發展緩慢。
　　（3）、抗震加固
　　應用碳纖維對混凝土柱進行抗震加固，是通過用碳纖維布橫向包裹鋼筋混凝土柱來提高其延性而實現的。碳纖維的主要作用是對其內部混凝土起到了約束作用，這種約束是一種被動約束，隨著混凝土柱軸向壓力的增大，橫向膨脹促使外包碳纖維布產生環向伸長，從而提高側向約束力。
　　FRP尚存問題以及今后的研究方向
　　雖然碳纖維片材加固橋梁有著廣泛前景，但目前仍有很多問題有待于解決。為使這種加固技術得到更廣泛的應用，還應進行以下內容的研究：
　　（1）、進一步開展預應力FRP加固梁的抗震性能，長期受力性能(老化，松弛，徐變)，耐久性能，疲勞性能，疲勞壽命的研究。并對實際工程進行跟蹤研究。
　　（2）、完善對預應力FRP片材加固受彎構件的設計計算理論，包括預應力損失的估算，FRP片材極限應力的合理取值，允許極限應變的確定，加固梁抗彎承載力的提高限值等。
　　結語
　　隨著我國國民經濟水平的發展，我國的基礎設施的建設仍將大規模開展。2020年前將投資5萬億建設鐵路，這些為復合材料在橋梁工程中的應用提供了廣闊的市場。FRP是現有橋梁結構材料的補充。從復合材料工業發展的角度來看，橋梁是一個巨大潛在市場，FRP這種具有獨特優勢的材料具有廣闊的應用前景。

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