土木工程中复合材料发展与应用论文

时间:2018-08-25 材料毕业论文 我要投稿

  1对工程结构发挥的加固和补强的作用

  对于复合材料的应用,主要是采取某种方式,将FRP附着在构件的表面,达成受力状态,目的是强化原有构件的受力能力。早在上世纪八十年代,对于这种构想就进行的常识,主要是在混凝土外加贴纤维复合材料,内部带有高强度的钢丝,实现加固的目的,但是,这种方式主要的作用是增强防腐效果,实现了钢丝与混凝土的结合。发展到九十年代,碳纤维增强复合材料出现,应用在对桥梁的加固方面,促使纤维增强复合材料在加固和修复方面的影响增强,研究的范围实现了拓展,在具体的工程中得到应有,促使FRP在修复和加固方面彰显优势。此时,我国的CFRP加固工程出现,为新型复合材料的发展奠定的基础,当前,FRP技术在结构加固工程中得到极大推广,发展到桥梁和建筑,涉及混凝土、地下隧道等多种形式,加固方式展现为缠绕、粘贴等多种方法。FRP在混凝土结构中的加固形式较多,在各种结构架构中应用比较普及,其中,在钢结构加工方面的运用最为突出。

  2FRP筋索和预应力FRP筋混凝土结构介绍

  (1)对于FRP,整个纤维的比重较大,其筋的重量较小,同时,强度较高,是常规钢筋的多倍。它在耐腐蚀方面特点突出,也是实现对钢筋有效代替的主要性能,避免出现锈蚀现象,致使结构受到破坏,也有利于节省维护费用,降低时间成本。另外,其非磁性的特征突出,能够达到相关工程的无磁性标准。FRP索在桥梁工程中应用较多,可以发挥缆绳的作用,抑或是用作预应力筋。早在二十世纪六十年代,这种配筋就应用在混凝土的桥梁建设中,目的是借助GFRP的性能,避免一些特殊地区的不利因素的影响,如寒冷或者沿海地区的盐蚀现象。另外,GFRP价格不高,操作简单,耐久性强,使用比较广泛。

  (2)在我国,使用较大的市FRP筋、索产品以及配套锚夹具。在FRP筋混凝土的研究中,主要涉及两个方面的内容,一个混凝土与筋之间粘结的问题,一旦效果不佳,加之处理方式的不同,会得到不同的粘结效果。另外一方面是在力学方面的性能,主要是鉴于FRP筋具有弹脆性材料类型,使得其在混凝土构件受力方面与传统方式存在不同,为此,要立足不同,进行深入研究。

  3对FRP组合结构的介绍

  FRP组合几个就是将不同类型的形式的FRP产品与钢材或者混凝土进行结合,发挥各自最大优势,从而形成新的结构。对于FRP,鉴于性能的完善下,其可塑性较强。

  3.1FRP管混凝土分析

  将混凝土填至缠绕成型的FRP管仲,形成混合构件,这种方式比较合理,除了发挥对混凝土约束的作用外,还可以发挥模板的作用,加快施工,提高较高的耐久性。对于FRP管混凝土的研究比较多,深入开展对组合结构的受力等方面的探索。

  3.2FRP-钢管-混凝土组合构件的分析

  在构件的中间部分设置空心的钢管,外面包FRP,之间添加混凝土,在具体施工进行中,钢管发挥的承力的作用,FRP充当模板,钢管受到了保护,防止锈蚀的发生,变形几率降低,自重降低,

  3.3FRP-混凝土组合梁分析

  FRP-混凝土组合梁分析主要是借助组合方式关键,促使上部混凝土受压,下部受拉。在组合件的作用下,材料的利用率提高,将其作为长久使用的模板,有利于施工的顺利开展。

  3.4CFRP-铝合金组合构件的分析

  CFRP-铝合金组合构件是将FRP在铝合金的外面进行包裹,以实际设计为依据,最大地发挥二者的优势,如高强、耐腐蚀等,防止脆性的发生,这种方式比较适合在大跨度的结构中使用。

  3.5FRP-木组合构件

  FRP在纤维构造方面与木材具有相似的构成,具有受力方面的特性,抗火能力不强,在实现组合之后,FRP能够发挥增强的作用,木材发挥内部填充的功能,在力学方面达到性能最强。这种组合方式操作简单,技术成熟,有利于降低工程造价支出。

  4对全FRP结构的介绍

  鉴于FRP在力学方面的优势,例如,耐腐蚀性、绝缘性以及隔热性,使得其在设计和优化方面优势明显,全FRP结构具有不可替代的作用,在民用工程中应用较多。在当前的土木工程中,全FRP结构主要分为如下几种形式。

  4.1对FRP桥面体系的分析

  以FRP材料作为桥梁的面板,能够实现结构内力的降低,增强对环境侵蚀的抵抗能力,减少后期维护的支出。借助这种新的桥板,桥面的重量降低,使用时间增长。

  4.2对FRP轻质桥梁的分析

  对于这种轻型的桥梁,主要应用在人行天桥,几乎全部构件都采用FRP,较小了整个上部构造的重量。FRP轻质桥梁与传统方式存在受力的不同,首先,这种桥梁承载能力强,但是刚度不大,采取变形控制的方式。其次,受力特点为线性,变形与承载成正比关系,在出现完全破坏之前,变形十分明显,呈现比较突然的状态。当前,这轻质桥梁的研究发展不大,缺少相关标准和要求。

  4.3对FRP编制网结构的分析

  这种方式的结果是以一定的标准为依据,将FRP板条进行编织,在张拉作用下,形成一种结构体系,柔性较强。这种结构借助的是轻质的特征,比较适合于较大跨度的结构,建筑效果比较突出,适合于大型建筑。

  4.4FRP杆间空间结构分析

  在空间结构系统中应用FRP,能够实现网架结构的获取。FRP网架结构杆件主要是由CFRP片粘贴而成,按照不同的角度和层次,实现节点与锥头的有效连接。这种结构重量较小,施工方便,不需较长时间,具有较强的耐腐性,防止凝露的出现,维护费用不高。这种结果比较适合于环境差、跨度大的结构。

  4.5多种款式的FRP曲面结构物

  如果采用传统材料来实现不规则的建筑结构形式,需要较高的成本,但是FRP效能较高、成本较低,有利于多样化的结构形态的需求。同时,FRP的可设计性较强,有利于结构方面的优化。FRP有利于弥补传统结构的不足,借助优化作用,促进结构受力的合理化,为此,FRP是非线型建筑的理想结构物。

  5结束语

  综上,随着土木工程的高速发展,虽然混凝土和钢材使用量较大、规模庞大、应用时间长,但是面对复杂的建筑环境,仍无法满足土木工程的需要。FRP作为一种全新的复合材料,以其多样化的表现形式广泛应用在土木工程领域,应用愈加广泛,具有更加广阔的发展前景。


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