CFRP 加固鋼結構技術在船舶結構中的應用前景分析

王恒鑫 徐源 王寶平 大連海洋大學 遼寧省大連市 116021

1 引言

船舶的運行條件相對復雜，材料發生變化是在一定程度上出現的，主要由于載荷與環境等因素的共同作用，一定程度上引起了宏觀力學的性能劣質狀態出現，于是，船體結構受到了重創。要想確保船舶使用壽命，務必要在安全工作上下功夫。對于損傷構件要實行加固處理，結構性的損傷具有局部性和多發性特征，對此，不建議采取更換部件的工程舉措。因為相對復雜，會造成極大的資源浪費，還會影響具體結構的正常使用。在船體結構加固技術的實施過程中，必然要追求經濟實用，而主要阻礙在于技術。這也是相關領域是否能夠獲得可持續發展的重要因素。

2 建筑加固技術概念

在民用建筑領域，此技術已應用十幾年，成熟度相對較高，并衍生了很多方法。上部結構和下部結構建筑方法不同。前者多采用加大截面加固法，體外預應力加固法，改變結構傳力體系加固法，而后者也就是地基建設，托換地基處理和加大基礎面積等方法最為有效。

2.1 傳統結構加固法的優勢

傳統結構加固法之所以應用了許多年，主要由于具備一定優勢。加大截面法和體外預應力法最為常用，即便被廣泛使用，依然存在諸多不足，比如預應力法錨固構造較艱難，施工技術要求較高，施工難度也較大，穩定性和耐久性不足；而另外一種方法，主要存在施工周較長，對環境影響較大，截面尺寸無形中拓寬，減少空間的弊端。這是它們在應用中的局限性。

2.2 外部粘鋼加固法的使用

上世紀60年代，出現了一種新材料叫環氧樹脂粘結劑，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，可很好的將鋼板牢牢固定在被加固構件表面。補強和加固功能異常突出。具有施工過程不需動火，加固后不變形，構建件的外在使用空間也不會被占據太多的特點，具備拓展加固構架的承載力和發揮其潛在的性能優勢。

在美國，采取環氧樹脂修復公路至少比我國早10年，10年后該技術已相對成熟。該產品被應用于各領域，成為水利工程設施加固的常用對象。又過了20年，對粘鋼加固理論的研究層出不窮。學者們從各個角度，對此作了系統的探討，夯實了粘鋼加固技術的理論基礎。歐美一些國家還提出了完善的技術使用標準。如此，建筑結構膠也相繼問世。

我國是在歐美等國研制建筑膠十年后發明了CJ-1建筑結構膠；與此同時，福州大學也配置成功了環氧結構膠，這兩種膠對建筑施工的加固起到了補強作用。在20世紀70年代，歐洲部分國家對我國研制做了進一步的探討和研究。在該建筑結構膠基礎上研制出了新一代的建筑結構膠，極大的推動了我國粘鋼技術的發展。

3 CFRP加固技術說明

隨著纖維增強復合材料的發明和使用，對增強復合材料加固法的重視程度加強，尤其CFRP加固技術受到了廣泛關注。CFRP纖維增強復合材料,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，它是化學纖維中最主要的一種，具有高強度、重量輕、耐高溫等特點。

該種纖維的使用，以樹脂類膠作為材料基礎，并將碳纖布或者板粘貼到被加固的結構表層。結構強度和剛度得以實現的主要途徑是充分的發揮了碳纖維自身的特點。

碳纖維增強復合材料不僅提高了抗剪切能力，有效防止借建筑結構在地震時發生翠脆裂性破壞，而且也增強了建筑結構的抗彎曲能力，提高了其承受能力，確保了結構安全。有利于延長結構的使用壽命，對結構起到了充分的保護作用。推遲了裂縫的出現，加強了結構的牢固程度，抵抗裂縫的功能隨之增強。采用碳纖維纖維增強復合材料，比任何傳統加固技術都有優越性，能極大的提高建筑結構的堅固程度。

4 CF RP加固鋼結構技術在船舶上的應用

從造船材料的種類來講，分為很多。然而，使用最多的鋼質船舶。尤其涉及到大中型船舶，此種材料使用更多。原因很簡單，因為鋼制材料相對堅固。可將船體當作變截面空心梁。甲板和船底分別是傳梁的上下翼板，船舷即為船梁的腹板，它們共同承受著無比重大的壓力，而要保證船體不受彎曲，需堅固的材料做支撐。局部結構也如此，鋼結構可使整體船體得以加固。

然而，傳統船體具有復雜性特點。因為艙室內設置了很多設備，而它們具有一定的重量，這就給粘貼施工帶來了難度。一方面要減少不必要的內部結構設計，避免粘貼施工難度遞增；另外一方面針對錯綜復雜的管系，要采取CFRP碳纖維布來粘貼補強，以已處理掉不必要的縫隙，進而加固船體結構，克服施工難度，促使航行安全，增加船舶實用功能。

5 小結

建筑加固技術發展數年，積累了豐富的經驗，技術應用也相對成熟。CFRP加固技術，在理論和實踐上都取得了卓越的成就，保障了相關行業推進，促進鋼結構加固領域的獲得全面發展。事實證明，絕大部分船舶結構都屬于鋼結構范疇，而船體本身結構又相對復雜和特殊，于是，CFRPC船舶加固技術應用于船舶結構中，無疑恰如其分，也充分發揮了其技術優勢，對技術水平的延伸和繼續創新也有更大的促進作用。