復合材料在土木工程中應用的幾點思考

摘 要：本文主要討論了土木工程應用中復合材料的新發展，介紹了一些工程實例，指出了土木工程在應用中存在的問題，希望能為解決土木工程問題提供借鑒和幫助。

關鍵詞 ：復合材料；土木工程；雜交材料；雜交結構；力學性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.069

1 雜交材料之纖維增強混凝土

1.1 何為雜交材料

纖維增強水泥和混凝土已經應用于土木工程，但水泥在纖維上的腐蝕是這種材料開發的關鍵，多年前開發了玻璃纖維，阿拉米纖維，凱爾纖維，碳纖維增強低碳鋼，而不是 FRP，由鋼筋混凝土復合材料制成。 由復合材料和混凝土組成，稱為雜交材料。

1.2 對比下增強混凝土的優勢

梁柱通常是低碳鋼，主要應力壓縮區配置一定量，由于低碳鋼在通常的冷凍或化學反應條件下迅速腐蝕，引起鋼筋膨脹和拉伸應力引起的裂紋混凝土在混凝土中的破壞已經嘗試了。通過添加水混合物，不滲透膜和環氧樹脂保護層來解決這個問題并不成功，FRP用纖維增強而不是低碳鋼加入混凝土梁柱，具有良好的耐腐蝕性，抗沖擊性和電絕緣性能。一般來說，熱變形特性和軸承鋼的傳統類似于首先傳遞到表面上的鋼筋，它只有傳統的加強1/4，水泥基體中加熱塊的膨脹和鋼環氧樹脂的價格樹脂涂層相同，如果高強度混凝土，其強度比低碳鋼高出90%，裂紋寬度在允許的設計范圍內。

2 用復合材料外包法修復、加固、翻新原有結構

2.1 修復、加固、翻新

由于混凝土和鋼結構具有價格低廉的特點，非常好。它們是目前應用最廣泛的建筑材料，但在濕或海洋環境或化學腐蝕環境中，結構常常產生膨脹，開裂和剝落增加了工作量。也導致許多橋梁的小規模災難性故障。如果選用高強度復合材料，跨度可達300米，連接可以簡單而且通過紅外觀測可以保證施工質量（鋼筋不可能）。因此，經濟實用的復合材料外包維修或加固方法的原有結構越來越引起人們的關注。復合修復結構稱為混合結構。德國的Kattenbuhy橋是首先使用FRP層壓板來加強橋梁工程。這是多跨連續箱梁的主跨度為45.9米（9橫），側跨為36.5米（2交叉）。在地板和連接點的抗彎矩期間使用裂紋。然后在1987年為每個節點進行20個FRP玻璃層壓板修復。實驗結果表明，在疲勞載荷應力下，裂紋寬度降低到50%，減少研究36%。瑞士聯邦材料測試研究實驗室（EMPA）1991年成功修復了瑞士盧塞恩Ibah橋由于網橋鉆孔等原因，預應力鋼筋被破壞，長達39米，碳纖維板增強技術。在美國的Delare中，預應力混凝土連續箱梁的加固和修復存在于梁底部的縱向裂縫中，這是由于預應力預制梁底部缺少原始結構相互加強措施，最后使用碳纖維布包裹麻布這是一個很大的成功。邁森市的一個教堂，德國哥特式木桁架屋頂由A形，屋頂的墻壁裂縫達4厘米，拉伸桁架為纖維纏繞連接方式以減少木桁架桿的關節力點的形狀。日本的混合結構已被廣泛使用，日本三菱公司和歐洲各國使用的方法不同。化工廠和大橋公司在加強結構柱和煙囪表外包的成功合作。在日本南部由于建立了一座長城橋，增加了力田公路橋梁，考慮到結構的安全性應加強。后來在混凝土甲板外包兩個分別和道路橫向和縱向碳纖維板。

3 就目前來看，復合材料在土木工程應用中還有的問題

（1）設計標準的復合結構現在基本上是免費的設計師，而不是什么標準。對于大多數工程技術人員來說，對于鋼鐵，木材，混凝土設計等傳統建筑材料都熟悉并有很多代碼可以參考。復合材料在土木工程領域取得更大發展，制定相應的設計標準，規范和試驗方法非常重要。許多國家致力于在這一領域進行研究，例如Eu768的歐洲尤里卡項目歐洲合作項目。

（2）成本一直是工業發展部門，工程結構和投資者關心的問題的受益者。復合材料成本較高，如果與標準Fe360和復合鋼板相比，m3板每件成本比昂貴的4?20倍。但是我們應該看到，工程材料成本只占整個項目的20%的成本，復合材料的強度，比剛度，復合結構和常規材料，結構材料的數量是不平等的，想象需要修復94T鋼加固項目只有4.5噸碳纖維板可以完成。而且由于復合燈，為施工帶來極大的方便，不用大型起重設備。在佛羅里達州沙哈維95號高速公路橋梁作為卡車撞到梁外（25.9米跨度），扭曲和裂縫，使用碳纖維板和三菱化學公司Reark，維修工作簡單。綜合價格一直在下降，維修復雜，結構使用壽命長，維護成本低。

（3）機械力學問題是當前研究的一個關鍵問題，土木工程應用中需要解決的復合力學問題包括：

1）由于各向異性復合材料本身的復合材料本身的機械性能，異質性，組成，組成和化學性質，熱性能，幾何形狀和尺寸對其機械性能的影響。非機械耦合。

2）混合材料的混合材料在負荷，變形，裂紋產生的機械問題。由于FRP鋼筋的低彈性模量（相對于鋼筋），混凝土內部的斷裂機理引起大的變形。 FRP鋼筋和混凝土之間的結合效應以及由于失效的拉出失效機理引起的混凝土滑移FRP鋼筋中的FRP鋼筋，FRP增強粘彈性混凝土的蠕變和最終的混合材料減少，導致混凝土損壞的破壞機理容量。

3）復合材料機械問題之間的粘結效應之間的機械分析粘合劑 混凝土混合結構及其界面。混凝土復合材料。彎曲和剪切的失效模式和失效標準。復合材料沒有預應力外包結構的承載能力，彎曲變形，剪切破壞模式的影響。在動態負載和故障模式下外部結構響應。暴露環境中的濕度外包結構，以及凍融條件，海水對界面機械性能的影響現有問題。

4 結束語

在本文中的一些工程實例，綜合材料在土木工程和新開發中的應用總結，并提出了需要解決的問題。 未來社會是復合材料，人造復合材料的機械性能和復合材料土木工程的社會，作為外包結構修復，加固，原有結構的整修和復合材料的整體結構，組分復合材料 主要受到深入研究結構的影響，將制定有效的設計標準，機械試驗方法和評價標準。 在不影響環境的前提下，提高運行能力結構，延長復合材料的研究將帶來土木工程革命。

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作者簡介：楊城（1996-），男，貴州岑鞏人，本科在讀，研究方向：土木工程專業。endprint