CFRP 加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在船舶結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用前景分析

王恒鑫 徐源 王寶平

【摘要】：建筑結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)在建筑當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用，從該角度出發(fā)，對(duì)CFRP技術(shù)進(jìn)行研究，探究其在建筑結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，并結(jié)合船舶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)加以分析，通過(guò)探索，對(duì)該技術(shù)在船舶結(jié)構(gòu)當(dāng)中的作用以及可行性和未來(lái)發(fā)展前景有了更深層次的了解。

【關(guān)鍵詞】：CFRP 加固鋼結(jié)構(gòu) 船舶結(jié)構(gòu)

1引言

船舶的運(yùn)行條件相對(duì)復(fù)雜，材料發(fā)生變化是在一定程度上出現(xiàn)的，主要由于載荷與環(huán)境等因素的共同作用，一定程度上引起了宏觀力學(xué)的性能劣質(zhì)狀態(tài)出現(xiàn)，于是，船體結(jié)構(gòu)受到了重創(chuàng)。要想確保船舶使用壽命，務(wù)必要在安全工作上下功夫。對(duì)于損傷構(gòu)件要實(shí)行加固處理，結(jié)構(gòu)性的損傷具有局部性和多發(fā)性特征，對(duì)此，不建議采取更換部件的工程舉措。因?yàn)橄鄬?duì)復(fù)雜，會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)，還會(huì)影響具體結(jié)構(gòu)的正常使用。在船體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中，必然要追求經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而主要阻礙在于技術(shù)。這也是相關(guān)領(lǐng)域是否能夠獲得可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

2 建筑加固技術(shù)概念

在民用建筑領(lǐng)域，此技術(shù)已應(yīng)用十幾年，成熟度相對(duì)較高，并衍生了很多方法。上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)建筑方法不同。前者多采用加大截面加固法，體外預(yù)應(yīng)力加固法，改變結(jié)構(gòu)傳力體系加固法，而后者也就是地基建設(shè)，托換地基處理和加大基礎(chǔ)面積等方法最為有效。

2.1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)加固法的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)加固法之所以應(yīng)用了許多年，主要由于具備一定優(yōu)勢(shì)。加大截面法和體外預(yù)應(yīng)力法最為常用，即便被廣泛使用，依然存在諸多不足，比如預(yù)應(yīng)力法錨固構(gòu)造較艱難，施工技術(shù)要求較高，施工難度也較大，穩(wěn)定性和耐久性不足；而另外一種方法，主要存在施工周較長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境影響較大，截面尺寸無(wú)形中拓寬，減少空間的弊端。這是它們?cè)趹?yīng)用中的局限性。

2.2 外部粘鋼加固法的使用

上世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了一種新材料叫環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑，以此形成了新加固方法——外部粘鋼加固法。這種方法的粘性很強(qiáng)，可很好的將鋼板牢牢固定在被加固構(gòu)件表面。補(bǔ)強(qiáng)和加固功能異常突出。具有施工過(guò)程不需動(dòng)火，加固后不變形，構(gòu)建件的外在使用空間也不會(huì)被占據(jù)太多的特點(diǎn)，具備拓展加固構(gòu)架的承載力和發(fā)揮其潛在的性能優(yōu)勢(shì)。

在美國(guó)，采取環(huán)氧樹(shù)脂修復(fù)公路至少比我國(guó)早10年，10年后該技術(shù)已相對(duì)成熟。該產(chǎn)品被應(yīng)用于各領(lǐng)域，成為水利工程設(shè)施加固的常用對(duì)象。又過(guò)了20年，對(duì)粘鋼加固理論的研究層出不窮。學(xué)者們從各個(gè)角度，對(duì)此作了系統(tǒng)的探討，夯實(shí)了粘鋼加固技術(shù)的理論基礎(chǔ)。歐美一些國(guó)家還提出了完善的技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)。如此，建筑結(jié)構(gòu)膠也相繼問(wèn)世。

我國(guó)是在歐美等國(guó)研制建筑膠十年后發(fā)明了CJ-1建筑結(jié)構(gòu)膠；與此同時(shí)，福州大學(xué)也配置成功了環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，這兩種膠對(duì)建筑施工的加固起到了補(bǔ)強(qiáng)作用。在20世紀(jì)70年代，歐洲部分國(guó)家對(duì)我國(guó)研制做了進(jìn)一步的探討和研究。在該建筑結(jié)構(gòu)膠基礎(chǔ)上研制出了新一代的建筑結(jié)構(gòu)膠，極大的推動(dòng)了我國(guó)粘鋼技術(shù)的發(fā)展。

3 CFRP加固技術(shù)說(shuō)明

隨著纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)明和使用，對(duì)增強(qiáng)復(fù)合材料加固法的重視程度加強(qiáng)，尤其CFRP加固技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。CFRP纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要有三種類型：一種是碳纖維；一種是玻璃纖維；一種是芳綸纖維。目前使用最為廣泛的是碳纖維，它是化學(xué)纖維中最主要的一種，具有高強(qiáng)度、重量輕、耐高溫等特點(diǎn)。

該種纖維的使用，以樹(shù)脂類膠作為材料基礎(chǔ)，并將碳纖布或者板粘貼到被加固的結(jié)構(gòu)表層。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度得以實(shí)現(xiàn)的主要途徑是充分的發(fā)揮了碳纖維自身的特點(diǎn)。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不僅提高了抗剪切能力，有效防止借建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)發(fā)生翠脆裂性破壞，而且也增強(qiáng)了建筑結(jié)構(gòu)的抗彎曲能力，提高了其承受能力，確保了結(jié)構(gòu)安全。有利于延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，對(duì)結(jié)構(gòu)起到了充分的保護(hù)作用。推遲了裂縫的出現(xiàn)，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的牢固程度，抵抗裂縫的功能隨之增強(qiáng)。采用碳纖維纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，比任何傳統(tǒng)加固技術(shù)都有優(yōu)越性，能極大的提高建筑結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固程度。

4 CF RP加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在船舶上的應(yīng)用

從造船材料的種類來(lái)講，分為很多。然而，使用最多的鋼質(zhì)船舶。尤其涉及到大中型船舶，此種材料使用更多。原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)殇撝撇牧舷鄬?duì)堅(jiān)固?？蓪⒋w當(dāng)作變截面空心梁。甲板和船底分別是傳梁的上下翼板，船舷即為船梁的腹板，它們共同承受著無(wú)比重大的壓力，而要保證船體不受彎曲，需堅(jiān)固的材料做支撐。局部結(jié)構(gòu)也如此，鋼結(jié)構(gòu)可使整體船體得以加固。

然而，傳統(tǒng)船體具有復(fù)雜性特點(diǎn)。因?yàn)榕撌覂?nèi)設(shè)置了很多設(shè)備，而它們具有一定的重量，這就給粘貼施工帶來(lái)了難度。一方面要減少不必要的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免粘貼施工難度遞增；另外一方面針對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的管系，要采取CFRP碳纖維布來(lái)粘貼補(bǔ)強(qiáng)，以已處理掉不必要的縫隙，進(jìn)而加固船體結(jié)構(gòu)，克服施工難度，促使航行安全，增加船舶實(shí)用功能。

5 小結(jié)

建筑加固技術(shù)發(fā)展數(shù)年，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)應(yīng)用也相對(duì)成熟。CFRP加固技術(shù)，在理論和實(shí)踐上都取得了卓越的成就，保障了相關(guān)行業(yè)推進(jìn)，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域的獲得全面發(fā)展。事實(shí)證明，絕大部分船舶結(jié)構(gòu)都屬于鋼結(jié)構(gòu)范疇，而船體本身結(jié)構(gòu)又相對(duì)復(fù)雜和特殊，于是，CFRPC船舶加固技術(shù)應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)中，無(wú)疑恰如其分，也充分發(fā)揮了其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)技術(shù)水平的延伸和繼續(xù)創(chuàng)新也有更大的促進(jìn)作用。

【參考文獻(xiàn)】：

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