復合材料在土木工程中的發展與應用探究

邵非凡

（鄭州市第四中學河南鄭州450000）

復合材料在土木工程中的發展與應用探究

邵非凡

（鄭州市第四中學河南鄭州450000）

復合材料（FRP）是一種新型建筑結構材料，有著優良的力學特性及物理化學特性，在現代土木工程建設中有較廣泛的應用。本文主要對復合材料在土木工程中的應用及發展情況進行系統探討。

復合材料；土木工程；應用及發展

1 土木工程結構加固

通過十余年的發展，FRP加固技術已然成為現代土木工程結構構建中的一個相對成熟技術方式。如今，FRP應被成功越聽越到各類工程結構加固中，主要有混凝土結構、鋼架結構、砌體結構等，在土石結構中也有應用報道[1]。FRP最主要應用在混凝土結構加固中，具體包括這幾方面。

1.1 對混凝土柱進行FRP布纏繞加固。這是最為有效的一個加固方式，就是基于約束混凝土提升結構強度及變形能力，同時可有效提升抗震、抗剪能力。研究報道，FRP布應用于混凝土柱約束效用和結構截面的形狀存在密切關系，通常對于矩形截面僅僅可強化變形能力及抗剪能力，且在承載力提升上極為有限。但倘若對截面形狀改成具有弧度，那么結構承載力可有效提升。

1.2 在混凝土梁及板的受拉面貼用FRP片材。該種加固方式在我國應用較為廣泛，能有效提升這些部位的抗彎能力，且可有效控制結構裂縫。但是從整體加固效果看有這幾方面的不足：一是FRP片材受拉力影響單單在受拉鋼筋屈服后才可發揮，但是該時混凝土梁及板撓度變形會增大，所以該種加固僅是安全預防。近年來，為強化受彎加固效用，預應力法逐步進入視野。二是受彎加固提升效果和原來的配筋梁有著密切關系，并且FRP強度通常無法全面發揮。三是FRP片材應用到守彎加固中易出現剝離，影響到效果。

1.3 在混凝土梁、柱上應用ERP片材包裹。該方式效果較好，能提升構件抗剪承載力。在實際應用中，要知道提升其程度和構件的原配箍率存在關系，并片材強度通常只能發揮出20%~40%。

2 EPR筋及預應力EPR筋混凝土結構

在ERP筋的纖維量一般在60%~65%，具有質量輕，強度高的特點，且有較強的抗腐蝕、抗疲勞、低松弛等優勢。應用ERP筋替代鋼筋就是基于其優良的抗腐蝕性，能夠有效消除銹蝕對混凝土結構的損壞，進而減少維修成本。在各類橋梁工程中，EPR筋可用來作為懸索橋和斜拉橋纜索，也可以作為預應力混凝土結構橋的預應力筋。依照加工方式差異，主要分為表層砂化處理GFPR筋、和鋼絞線并在多股間應用環氧粘結CFRP預應力筋及纖維交叉編織而成的FRP筋。在上世紀90年代出，西方國家在公路橋梁工程中就開始應用ERP預應力筋，靜載及動載的效果良好。

此外，應力ERP筋在巖土工程中也有一定應用。在西方發達國家，GERP的價格相對低廉，安裝便捷，且具有較強的使用壽命，已被廣泛應用到各類土木工程中，比如：地基錨桿、噴注混凝土筋等。我國在上世紀80年代就開展了此項研究，已取得良好成效。當前，我國已上掌握多種ERP筋、索及相關錨具的生產工藝。近年來，在ERP筋混凝土的研究中，主要包括這兩個方面：一是ERP筋和混凝土間的接觸界面粘結性。二是ERP筋混凝土的構件有著特殊的力學性能。

3 EPR結構類型

3.1 組合式結構

ERP的組合式結構就是把不同類型和形式的ERP產品和混凝土或者鋼筋組合一起應用，以達成優勢互補，進而形成一個新的結構方式。當前，主要有這機制類型：

3.1.1 ERP管混凝土。纏繞成型的ERP管內注入混凝土構成ERP管混凝土組合構件是當前最為最為合理的一個ERP--混凝土組合結構，并且ERP管不但對混凝土有著良好的約束效用，同時還能夠作為模板，在一定程度上能夠提升施工效率，且有較長的使用壽命，可作物結構的樁、柱乃至梁。有研究人員對ERP管混凝土結構進行了一定改進，也就是在ERP管內設ERP肋，可有效強化ERP管的局部穩定性，且可起到一定的鋼筋效用，強化結構受力性。

3.1.2 ERP-鋼管-混凝土組合構件。在混凝土構件中心部位設空心鋼管，在外層包裹的ERP及其于鋼管間注入混凝土，在實際施工中以鋼管為承力骨架，ERP為模板，使鋼管得到保護，混凝土局部受約束，進而提升結構的變形及承載能力，且在一定程度上能減輕構件重量。

3.1.3 ERP-混凝土組合梁。實際上基于組合效用讓上部混凝土受壓，而下部ERP受拉，關鍵問題就是確保ERP和混凝土有協同效用的剪力項連接[2]。通過組合能夠讓ERP材料能得到更為充分的利用，且可把輕質ERP構件看作成永久性模板，便于后續施工。

3.2 ERP全結構

基于ERP的特性，在工程結構達成承載要求同時，還要實現一定的特殊性能，而全ERPP結構有著獨特優勢。現階段，在土木工程中常用的ERP結構有這幾個類型：

3.2.1 ERP橋面。將ERP材料直接應用到橋梁面板中，能夠有效減輕橋梁支撐及下部結構的內力，且可直接抵御外部侵蝕及荷載影響，減少維護成本。ERP橋面板是傳統結構的25%~33%，倘若應用ERP橋板替代既有的混凝土橋板，能夠減輕橋面結構自重，提升動載等級，延長橋面的運行壽命。

3.2.2 ERP輕質橋梁。該類橋梁的應用主要是城市中的人行天橋，其核心構件或所有構件均應用ERP材料，可讓上部結構重量大幅減輕，且具有良好的景觀效果，在城市市政建設中有較好應用。

3.2.3 應急ERP橋。在地震、戰爭等緊急情況下，對于橋梁的機動性、適應性均有較高要求，需在最短時間內架設，因而輕質化、預制化、抗腐蝕的ERP最為適用。當前，國際上均開始研究快速構建應急ERP橋，以軍用為主。

[1]王孝龍,孫成蛟.纖維復合材料在土木建筑工程中的應用[J].室內設計與裝修,2016,05:228.

[2]GB 50608-2010,纖維增強復合材料建設工程應用技術規范[S].