FRP在桥梁中的应用综述

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桥梁隧道工程中FRP材料的应用

桥梁隧道工程中FRP材料的应用

桥梁隧道工程中FRP材料的应用摘要:FRP材料近年来在混凝土结构中得到了广泛的应用,对其进行的大量研究和实践应用取得了良好的效果,受到国内外工程界的广泛关注。

介绍了FRP材料的类型、加工成型办法、材料特点,特别是其在桥梁与隧道工程中的应用以及存在问题,并展望了FRP材料的发展应用前景。

关键词:FRP;隧道;桥梁;材料特点;应用引言:随着我国社会主义市场经济的不断繁荣发展,国家在道路交通工程建设方面投入的资金力度呈不断加大趋势,近年来,我国新建了大量的桥梁隧道工程,目前桥梁隧道工程的工作重点在维护加固已建桥梁隧道的同时,并不断新建新的桥梁隧道,这就给FRP材料提供了广阔的应用空间。

1FRP简介FRP-(FiberReinforcedPlastics)纤维增强复合塑料,是以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等作为增强材料,以合成树脂作基体材料的一种复合材料。

复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上的材料复合在一起,组成另一种能满足人们要求的材料,即复合材料。

根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料(GFRP)、碳纤维增强复合塑料(CFRP)、芳纶纤维增强复合塑料(AFRP)等。

根据纤维的长短,FRP可分为短纤维增强复合塑料和长纤维增强复合材料塑料。

根据纤维性能可以分为高性能纤维复合材料和工程复合材料。

2FRP材料的特点FRP的性能取决于纤维和基体材料的类型、纤维含量和横断面形状。

同钢材相比,FRP筋材料的优点有:(1)密度小。

同等直径下,其重量仅为钢材的1/7-1/5;(2)抗拉强度高。

FRP筋的抗拉强度明显超过普通钢筋,与高强钢丝强度差不多;并且它的应力一应变曲线始终为直线,没有明显的屈服台阶;(3)抗疲劳性能较好。

CFRP筋与AFRP筋的抗疲劳性能要明显优于钢筋;GFRP筋的抗疲劳性能略低于钢筋,但能够满足结构构件对抗疲劳的要求;(4)耐腐蚀性能好。

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用摘要:在现代桥梁隧道工程中,FRP材料的应用价值极为突出,可充分发挥其实际优势,提升桥梁隧道工程的整体构建效果。

本文介绍FRP材料的多方面特点,分别分析其在桥梁工程与隧道工程加固等方面的应用,最后提出了有关于FRP材料应用的建议。

关键词:FRP材料;特点分析;桥梁隧道;工程应用FRP材料即纤维增强复合塑料,在工程实践中的应用优势极为突出,属于复合材料,以合成树脂为基体,以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维以及氧化铝纤维等作为增强材料。

在桥梁隧道工程中,FRP材料具有显著优势与价值,可明显提升补强加固的整体效果。

1 FRP材料的特点分析1.1质量轻,密度小与传统结构材料相比,FRP材料的自重相对较轻,单位体积的重量较低,且理论极限跨度较高,可满足大跨空间结构体系的实际应用需求,是工程实践应用中的理想替代性材料。

在密度方面,由于FRP材料自身特性,因此具有较小密度,比模量高,可承受更大的外来荷载强度,便于在工程实践中高效灵活使用。

1.2耐腐蚀强得益于自身结构条件,FRP材料具有较强的耐腐蚀性,可在酸性环境、碱性环境或潮湿环境中使用,这也决定了其具有较为宽泛的适用范围。

工程实践表明,FRP材料在化工建筑、海洋工程及盐渍地区地下工程中均可取得良好应用效果。

在桥梁隧道工程中,FRP材料的应用可延长工程使用寿命,降低桥梁隧道工程的维护管理成本,保证实际使用中的经济性[1]。

1.3可设计性强在当前技术条件下,桥梁隧道工程的补强加固的实施条件愈发复杂,这不仅表现在技术层面,也表现在实施环境层面,而FRP材料的可设计性相对突出,即便对于复杂且有限的施工环境而言,依然可发挥出理想效用。

在FRP材料的可设计性条件下,其强度指标与弹性模量等均可得以全面优化,满足桥梁隧道工程结构的技术要求。

1.4抗疲劳性强受长期外来荷载作用的影响,桥梁隧道工程结构会出现相应疲劳状态,若不能采用合适材料对其结构进行补强,则势必会缩短结构寿命,影响桥梁隧道安全。

基于frp-混凝土-钢双壁空心构件的新型桥梁组合结构关键技术及工程应用

基于frp-混凝土-钢双壁空心构件的新型桥梁组合结构关键技术及工程应用

基于frp-混凝土-钢双壁空心构件的新型桥梁组合结构关键技术及工程应用基于FRP-混凝土-钢双壁空心构件的新型桥梁组合结构关键技术及工程应用一、引言随着我国基础设施建设的快速发展,桥梁工程在国民经济和社会发展中发挥着日益重要的作用。

为满足现代桥梁工程对于结构安全、耐久性、美观和施工速度等方面的要求,新型桥梁组合结构的研究与应用成为了一种趋势。

本文主要研究基于FRP-混凝土-钢双壁空心构件的新型桥梁组合结构关键技术及工程应用。

二、FRP-混凝土-钢双壁空心构件的特点FRP-混凝土-钢双壁空心构件是一种新型桥梁组合结构,具有以下特点:1.良好的力学性能:FRP材料具有高的抗拉强度和抗弯强度,混凝土具有高的抗压强度,钢材料则具有高的抗拉和抗压强度。

通过合理设计,可以使三种材料在双壁空心构件中共同承受荷载,充分发挥各自的优势。

2.良好的耐久性:FRP材料具有优良的耐腐蚀性和抗老化性能,混凝土经过合理防护措施也可提高其耐久性。

因此,FRP-混凝土-钢双壁空心构件在使用过程中能够保证结构的安全性能。

3.美观性:FRP材料具有较好的观感性能,可根据需要制作成各种颜色和形状,为桥梁工程增添美感。

4.施工速度快:FRP-混凝土-钢双壁空心构件采用工厂化生产和现场拼装的施工方式,大大提高了施工速度,降低了工程成本。

三、关键技术及工程应用1.设计方法:根据FRP-混凝土-钢双壁空心构件的受力特点,采用复合材料力学、结构力学和钢筋混凝土结构设计方法,对其进行合理设计。

同时,考虑桥梁的稳定性、抗震性能和施工可行性等因素。

2.制造工艺:采用预制件生产工艺,将FRP、混凝土和钢材料按照设计要求制作成双壁空心构件。

在此基础上,研究合适的连接方式,确保构件之间的牢固性和整体性。

3.施工技术:针对FRP-混凝土-钢双壁空心构件的特点,研究合适的施工方法,如现场拼装、吊装和焊接等技术。

同时,注重施工过程中的安全管理和质量控制。

4.工程应用:在实际桥梁工程中,将FRP-混凝土-钢双壁空心构件应用于主梁、桥墩和桥台等关键部位。

frp筋 混凝土 综述

frp筋 混凝土 综述

frp筋混凝土综述随着建筑行业的不断发展,混凝土作为一种重要的建筑材料,得到了广泛的应用。

但是,传统的混凝土存在一些问题,如易受环境影响、耐久性差等。

因此,人们开始研究新型的混凝土材料和技术,其中frp筋混凝土作为一种新型的混凝土材料,引起了人们的广泛关注。

一、frp筋混凝土的概念frp筋混凝土是一种以纤维增强复合材料(frp)筋为主要加筋材料的混凝土。

其与传统的钢筋混凝土相比,具有很多优点,如重量轻、耐久性好、易于施工等。

二、frp筋混凝土的特点1.重量轻由于frp筋的密度比钢筋小,因此frp筋混凝土的重量比钢筋混凝土轻很多。

这对减轻建筑物自重、提高建筑物抗震性能、降低建筑物成本等方面都具有重要意义。

2.耐久性好frp材料具有很好的耐久性能,不容易受到腐蚀、疲劳等因素的影响。

因此,frp筋混凝土的使用寿命比钢筋混凝土长很多。

3.易于施工frp筋混凝土的施工比钢筋混凝土更加简单,因为frp材料可以直接切割、弯曲等,而且不需要进行防锈处理。

4.环保frp材料不含重金属等有害物质,因此对环境的影响比钢筋混凝土更小。

三、frp筋混凝土的应用1.桥梁frp筋混凝土可以用于桥梁的加筋和修复,可以提高桥梁的承载能力和耐久性。

2.建筑frp筋混凝土可以用于建筑物的柱、墙、梁等部位的加固和修复,可以提高建筑物的抗震性能和耐久性。

3.地下工程frp筋混凝土可以用于地下工程的加筋和修复,可以提高地下工程的承载能力和耐久性。

4.其他领域frp筋混凝土还可以用于船舶、飞机、汽车等领域,可以提高产品的强度和耐久性。

四、frp筋混凝土的研究进展1.材料目前,国内外研究机构对frp筋混凝土的材料进行了广泛的研究,主要包括frp筋、混凝土和粘结剂等。

2.设计frp筋混凝土的设计方法是一个重要的研究方向。

目前,国内外研究机构对frp筋混凝土的设计方法进行了广泛的研究,主要包括弯曲、剪切、拉伸等方面。

3.施工frp筋混凝土的施工方法也是一个重要的研究方向。

FRP在桥梁中的应用

FRP在桥梁中的应用

FRP在桥梁中的应用摘要:纤维增强塑料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀和抗疲劳等优良性能,近些年来受到土木工程界的普遍关注。

在阐述FRP材料基本组成及性能特点的基础上,总结了FRP材料的应用形式,包括FRP片材、FRP棒材以及FRP型材等。

FRP片材主要用于混凝土结构的受弯加固、受剪加固及抗震加固等;FRP棒材可用作RC结构中的增强筋、PC结构的预应力筋或缆索承重桥的主要受力构件;FRP型材主要用于恶劣环境条件下替代钢筋网片、用作桥面板及FRP管混凝土组合结构。

关键词:纤维增强塑料、桥梁工程、FRP应用、FRP筋、锚具中图分类号:文献标志码:文章编号:1 引言长期以来钢筋混凝土或预应力混凝土结构一直存在由于钢筋锈蚀引起的结构过早退化或结构功能不足的缺点。

近些年来纤维增强聚合物已经成为解决上述结构问题的一种可行途径。

与传统材料相比,纤维增强复合材料,具有质量轻、刚度好、比强度高、比模量高、耐高温、抗疲劳性能好等优越性能。

土木工程中应用的FRP产品形式主要有短纤维、片材(纤维布材和板材)、棒材和索材、拉挤型材、缠绕型材、格栅及手糊制品。

2 FRP简介2.1 FRP组成FRP复合材料是将纤维材料与基体材料按一定的比例组合形成的兼具结构性和功能性的高性能复合材料。

按照纤维材料的不同,常用的FRP材料可分为:芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维等。

常用的基体有树脂、金属、混凝土等。

而且树脂种类、纤维材料、纤维形态三者所占的比例都直接影响决定FRP材料的物理力学性能。

2.2 材料特点碳纤维作为一种无机纤维,具备卓越的力学性能和抵抗酸、碱、盐和紫外线等各种环境腐蚀的化学稳定性;碳纤维增强复合材料具有质量轻、刚度好、比强度高、比模量高、耐高温、抗疲劳性能好等优越性能。

芳纶纤维是一种有机材料,具备良好的冲击韧性,但长期持荷作用下的应力松弛较大,在太阳光照下受紫外线影响易老化,且价格高昂不利于工程应用;玄武岩纤维具备绿色环保、抗拉性能优异、耐热性好、耐侵蚀、绝热等优势;玻璃纤维具备不导电、耐高温的优势,缺点是材料性脆,耐磨性差。

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用摘要:近几年,FRP材料在我国混凝土结构建筑中得到了广泛的使用,专家通过对FRP材料进行大量的研究分析和实践,并且已经取得了显著的效果,在国内外的建筑工程领域受到广泛关注。

文章将对FRP材料的主要特点进行分析,同时对其在桥梁隧道工程中的使用进行重点分析。

关键字:FRP;特点;桥梁隧道;应用随着我国市场经济的繁荣发展,国家在道路交通方面进行了大量投资建设,并且投资量呈现出逐年上升的趋势。

目前,我国桥梁和隧道工程建设的重点是在维护建筑工程质量的基础上,不断进行创新建设,这就给FRP材料的使用提供了更加广阔的发展平台。

一、FRP材料概述及其特点FRP的英文全称为Fiber Reinforced Plastics,就是一种纤维增强复合型塑料,以碳纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维和碳化硅纤维等作为FRP的增强原料,基础材料选用合成树脂的一种复合型材料。

复合材料指的是一种原料不能满足使用者的需求,需要两种或者多种材料组合在一起,形成一种全新的材料满足使用者的需求,这就是复合材料。

FRP作为一种复合材料,其性能好坏取决于胶合材质和基底材料的质地,经过试验总结出如下特点:1.轻质高强FRP材料的密度非常小,在相同直径的范围内,FRP材料的质量是钢材料质量的1/5-1/7,而且FRP材料的强度是钢材料强度的20-50倍。

所以,建筑施工使用FRP材料可以最大限度降低建筑本身的重量,同时提高建筑的质量,加大桥梁建筑的跨度极限。

2.抗腐蚀性强由于FRP材料是复合材料,且成分是由非金属纤维材料合成,其化学性质远远小于一般钢材,所以,FRP材料具有非常好的抗腐蚀性,在潮湿的自然环境中可以抵抗盐酸、碱等化学物质的腐蚀。

这是传统钢材始终达不到的效果,所以建筑施工当中FRP材料可以节省建筑的维修费用和更换费用。

3.冲击韧性低FRP材料虽然具有抗氧化性,但是,由于其使用的是非金属纤维材料合成的,所以它的抗冲击韧性较差,通常情况下缺少可塑性和转动能力。

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用摘要:FRP材料属于纤维增强复合塑料,主要是将玻璃类型、碳类型、硼类型、氧化铝类型、碳化铝类型、芳纶类型的纤维等相互整合形成的增强材料,以合成树脂当做是基体部分,具有抗拉强度高、抗疲劳性能良好的特点,将其应用在桥梁隧道工程中不仅能够增强工程项目的建设水平,还能确保工程质量。

因此,桥梁隧道工程中应重视FRP材料的使用,按照材料的特点和性能情况制定完善的应用方案,从根本层面促使桥梁隧道工程的高质量、高性能建设发展。

关键词:FRP材料特点;桥梁隧道工程;应用桥梁隧道工程中应用FRP材料,应结合桥梁工程结构、隧道工程结构的情况使用FRP片材料与FRP棒材料,不断增强材料应用的有效性、强度与质量,保证项目的施工水平和建设发展水平。

1 FRP材料特点分析FRP材料属于纤维增强复合塑料,可以按照纤维的特点分成玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等复合塑料材料,按照长短也可以分成长、短纤维的增强复合材料,在应用的过程中特点表现为:1.1.优势性的特点分析从本质层面而言,FRP材料的应用性能和纤维、基体的类型存在直接联系,也和纤维含量数值、横断面形状状态等有关,和传统类型的钢材相较,优势的特点在于:其一,具有密度小的特征,直径相同的状态下,FRP材料的重量只是钢材重量的20%左右,并且具有抗拉强度高的特点,甚至能够和高强钢丝强度相互媲美,应用期间应力应变的曲线,长时间处于直线状态,不存在非常明显的屈服台阶;其二,具有抗疲劳性能良好的特点,利用FRP材料所制作的CFRP筋结构、AFRP筋结构,经过检测抗疲劳性能明显比钢筋的性能高,能够满足桥梁隧道工程项目的应用需求;其三,具有耐腐蚀性的特点,主要因为材料使用的是非金属类型纤维成分,电化学活性比钢材低,耐腐蚀性能很高;其四,具有非磁性的特点,可以应用在桥梁隧道雷达站的建设工作。

1.1.不良的特点分析FRP材料虽然在应用期间具有很多优势,但是,还存在一些不良特点,主要为:其一,缺乏足够的冲击韧性,塑性转动性能很低,无法有效实现弯矩重分布的目的;其二,具备弹性模量低的特点,多数FRP筋应用期间的弹性模量属于钢筋的50%左右,将其应用在混凝土施工方面,如若不能科学设置预应力,很容易出现扰度过高的问题、裂缝问题;其三,具有热稳定性低的特征,GFRP材料应用的温度指标范围在零上60摄氏度到70摄氏度之间,AFRP筋的温度范围在零下50摄氏度到零上120摄氏度之间,一旦超出温度范围将会导致抗拉强度降低,对材料的应用质量、应用性能都会产生不利的威胁[1]。

FRP在结构工程中的应用及发展

FRP在结构工程中的应用及发展

FRP在结构工程中的应用及发展FRP(纤维增强复合材料)近年来在混凝土结构加固中得到广泛的应用,并作为一种新型高性能结构材料受到结构工程界的广泛关注,国内外有关研究和工程单位开展了大量的研究和实践应用。

本文介绍了结构工程中常用的FRP材料性能和形式,分析了其优点与不足并介绍了FRP加固结构、FPR配筋和预应力筋混凝土结构、FRP结构与FRP组合结构以及FRP在桥梁结构、大跨空间结构和智能结构中的应用与发展以期促进我国土建结构工程中对这一新型高性能材料应用和研究工作的开展。

标签:纤维增强复合材料;混凝土;结构加固;组合结构;桥梁;大跨结构;智能结构1 概述纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer/plastic 简称FRP)是由纤维材料与基体材料按一定比例混合并经过一定工艺复合形成的高性能新型材料。

这种材料从20世纪40年代问世以来在航空、航天、船舶、汽车、化工、医学和机械等领域得到广泛的应用。

近年来以其高强、轻质、耐腐蚀等优点,开始在土木与建筑工程结构中得到应用并受到工程界的广泛关注。

复合材料由增强材料和基体构成根据复合材料中增强材料的形状可分为颗粒复合材料、层合复合材料和纤维增强复合材料等。

FPR只是复合材料中的一种。

常用的FRP的基体为树脂、金属、碳素、陶瓷等纤维种类有玻璃纤维、硼纤维、碳纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、聚烯烃纤维、PBO纤维以及金属纤维等。

目前工程结构中常用的FRP主要为碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维增强的树脂基体分别简称为GFRP、CFRP和AFRP。

FRP作为结构材料出现于1942年,美国军方用手糊的制作雷达天线罩。

,20世纪50-60年代才开始用于民用建筑中。

1961年英国的一座教堂的尖顶采用了GFRP,1968年,英国的工程师用GFRP板和铝质骨架在利比亚港口城市班加西设计并建造了一个穹顶,防止空气中氯盐对结构的侵蚀;同年,英国又建成了一座全GFRP折板结构的仓库;1970年,英国建成了一座GFRP连续梁的人行天桥跨径10m,宽5m。

小议交通土建工程中FRP的运用分析

小议交通土建工程中FRP的运用分析

小议交通土建工程中FRP的运用分析随着科技不断进步,及施工工艺、施工技术的不断健全与完善,所出现的问题在以后的土建工程应用过程中都可以得到很好的解决,因此,FRP材料在以后的交通土建工程,甚至是其他行业中的应用领域将会逐渐扩大。

标签:交通土建工程;FRP复合材料;应用一、分析新建桥梁中FRP复合材料的应用当前,由于FRP材料的高强度、轻材质、耐腐蚀以及抗疲劳等优势,在土建工程中受到越来越多研究人员的关注和重视,在国内很多工程建设中,都应用FRP材料来构建FRP桥梁、拉索等,同时将FRP应用在合龙段的混凝土中。

1.FRP材料构建的桥梁结构FRP桥梁属于一种在已经存在的桥梁结构上,应用FRP材料构建而成的新型桥梁。

该桥梁结构大多是是应用FRP材料,因FRP材料的密度较小,能够较好的减少桥梁上部结构的承载力,所有,可使用该材料来适当加大桥梁的跨径。

而桥梁下部的结构主要应用钢筋混凝土,这样可承受桥梁上部结构的重量。

因而,在一些地基条件比较差的施工现场,可选用FRP桥梁。

由于在早期的桥梁建设过程中,很多设计人员、施工人员对FRP材料缺乏一定的认识,其在桥梁中的使用并不多,FRP桥初期只是应用FRP的桥面板取代以往的钢桥面板或是混凝土桥的面板,之后随着科技不断发展,才将FRP材料应用在桥梁的上部结构[1]。

2.FRP材料构建的组合桥梁结构FRP组合桥梁结构主要是应用FRP材料,取代以往的钢筋的混凝土结构当中的部分构件,所形成的一种全新桥梁结构。

在FRP组合桥梁的结构中,主要包括:FRP材料的混凝土、主梁混凝土板、主梁-混凝土桥面板结合结构、管-混凝土-钢管结合的结构[2]。

FRP材料的混凝土组合结构主要使用FRP材料取代混凝土内的钢筋或是预应力筋形成的一种全新的混凝土结构。

由于FRP材料的高强、轻质护耐腐蚀性等特点,能够提升整个桥梁结构持久性,延长桥梁使用期限;FRP主梁混凝土板的组合结构主要应用FRP制作主梁,以取代钢筋的混凝土主梁;FRP主梁-混凝土桥面板组合结构,主要由FRP主梁和桥面板经剪力的连接件进行组合,所形成的一种构建,最大的特点是,施工简便、快速以及便于组装等;FRP管-混凝土-钢管组合结构主要指,由FRP材料的外管、内钢管及二者间填充混凝土的一种构件,该种组合构建的材质较强、耐腐蚀性较强。

纤维增强复合材料在建筑结构中的应用研究

纤维增强复合材料在建筑结构中的应用研究

纤维增强复合材料在建筑结构中的应用研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)是目前在建筑结构中广泛应用的一种新型材料。

相较于传统的建筑材料,如钢筋混凝土,FRP具有更高的强度、更轻的重量和更长的寿命,因此备受建筑界的关注和青睐。

本文将探讨纤维增强复合材料在建筑结构中的应用研究,并对其优点和挑战进行分析。

一、FRP在建筑结构中的应用1.桥梁结构:FRP在桥梁结构中的应用已经成为建筑领域的前沿研究方向。

传统的钢筋混凝土桥梁虽然具有较高的强度和刚度,但存在着腐蚀和老化的问题。

而采用FRP材料可以有效地解决这些问题,提高桥梁的耐久性和维修性。

同时,由于FRP具有较轻的重量和较高的刚度,可以减小桥梁的自重,提高整个结构的承载能力。

2.楼梯和脚手架:在建筑施工中,楼梯和脚手架是必要的构造。

传统的木质和金属结构往往存在着腐蚀、劣化和变形等问题。

而使用FRP材料制作楼梯和脚手架可以避免这些问题,同时减轻了施工的负担。

此外,FRP材料还具有防滑的特性,能够提高人员的安全性。

3.墙体材料:FRP还可以用作墙体材料,提供更好的隔热和隔音性能。

传统的砖墙和混凝土墙往往导热性能较差,隔音效果也不佳。

而使用FRP材料可以提高墙体的综合性能,降低能耗,提高居住舒适度。

二、FRP的优点1.轻质高强:FRP材料具有较低的密度和较高的强度,相较于传统的建筑材料如钢筋混凝土,重量更轻但强度更高。

这使得在使用FRP建造建筑结构时,可以减小结构自重,提高整体的承载能力。

2.耐久性强:FRP材料具有优秀的抗腐蚀性能,不会受到氧气、水分、酸碱等外界物质的侵蚀。

相比之下,传统的建筑材料如钢筋混凝土容易受到腐蚀和劣化,导致结构损坏。

3.施工方便:FRP材料可以在工厂中进行预制,然后在施工现场进行组装。

相较于传统的现浇混凝土结构,FRP结构的施工速度更快,减少了对现场施工的依赖性,降低了施工成本。

三、FRP的挑战与展望1.高成本:由于FRP材料的生产和加工技术相对成熟,其生产成本相对较高。

FRP复合材料的研究与应用综述

FRP复合材料的研究与应用综述

FRP复合材料的研究与应用综述摘要:FRP(纤维增强复合材料)近年来在混凝土结构加固中得到广泛的应用,并作为一种新型高性能结构材料受到结构工程界的广泛关注,国内外有关研究和工程单位开展了大量的研究和实践应用。

本文主要涉及FRP材料的物理性能,分析了其优点与不足,并介绍了FRP对结构物加固、FRP用作结构受力筋和FRP结构与FRP组合结构以及FRP在桥梁结构中的应用与发展。

文章最后展望了FRP的应用前景。

关键词:纤维增强复合材料;混凝土;结构加固;组合结构;桥梁General Introduction of the Study and Application of FRP CompositeMeterialAbstract:In recent years,FRP(fiber-reinforced polymer/plastic)has been widely utilized for strengthening concrete structures due to its high tensile property.FRP has attracted much attention by the civil and construction industry since it is considered as a new type of high performance structural material. Many research works and actual applications of FRP to civil structures were carried out by both domestic and international organizations.In this paper,an introduction is given on the properties of FRP,including the statements on the advantages and drawbacks of the material.Moreover,a brief review is given on the application and future development of FRP used for strengthening structures,FRP reinforcements and FRP composite structures and other FRP structures,for example bridges.Finally ,this paper prospects the application of FRP in the future.Keywords:fiber-reinforced polymer/plastic;concrete;structural strengthening;composite structures;bridges1.FRP材料1.1.FRP材料概述纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP) 是由纤维材料与基体材料按一定比例混合并经过一定工艺复合形成的高性能新型材料。

纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构技术综述

纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构技术综述

纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构技术综述【摘要】纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构技术已经成为结构加固领域的重要研究方向。

本文从FRP加固混凝土结构的原理与机制、FRP 材料的分类和特点、施工工艺、性能评价以及应用范围等方面进行了综述。

通过对该技术的研究和应用实例的分析,揭示了FRP加固混凝土结构技术在提高结构抗震性能、延长结构使用寿命等方面的优势。

也指出了该技术在设计规范、成本、耐久性等方面的局限性。

展望了FRP加固混凝土结构技术的未来发展趋势,为相关领域的研究和实践提供了参考和借鉴。

【关键词】FRP、增强复合材料、混凝土结构、加固技术、原理、特点、施工工艺、性能评价、应用范围、发展趋势、优势、局限性。

1. 引言1.1 FRP加固混凝土结构的背景FRP加固混凝土结构技术的发展源远流长,最早可以追溯到20世纪70年代。

最初,人们主要使用碳纤维、玻璃纤维等材料进行混凝土结构加固,通过在混凝土结构表面粘贴或缠绕FRP片材或布带,以提升结构的承载能力和抗震性能。

随着材料合成技术和加固技术的不断改进,FRP加固混凝土结构技术逐渐成熟,已经被广泛应用于桥梁、建筑物、水利工程等领域。

1.2 FRP在结构加固领域的应用1. FRP加固桥梁:在桥梁结构中,FRP可以有效地提高桥梁的承载能力和耐久性,延长桥梁的使用寿命。

通过在桥梁梁段或墩柱部位进行FRP包裹或加固,可以有效提高桥梁结构的受力性能。

2. FRP加固建筑:在建筑领域,FRP可用于加固柱、梁、楼板等结构件,提高建筑物的抗震能力和承载能力。

通过在建筑结构表面粘贴或包裹FRP材料,可以有效改善结构的整体性能。

3. FRP加固管道:在工业管道等设施中,FRP被广泛应用于加固和修复受损管道,提高管道的耐腐蚀性能和抗压能力。

FRP材料具有良好的耐腐蚀性和耐磨性,适合在恶劣环境下进行管道加固。

4. FRP加固海洋工程:在海洋工程领域,FRP可以用于加固海洋平台、码头、堤坝等结构,提高其抗风浪、抗冲击等性能。

FRP建筑材料的结构性能及应用综述

FRP建筑材料的结构性能及应用综述

FRP建筑材料的结构性能及应用综述一、本文概述本文旨在全面综述FRP(Fiber Reinforced Plastics,纤维增强塑料)建筑材料的结构性能及其在各领域的应用。

FRP作为一种轻质、高强、耐腐蚀的新型复合材料,近年来在建筑行业中得到了广泛的应用。

本文将从FRP的基本性质出发,深入探讨其力学特性、耐久性以及设计优化等方面的问题,并结合实际工程案例,分析FRP在桥梁、建筑加固、预应力结构等领域的具体应用情况。

本文还将对FRP 材料的发展趋势和面临的挑战进行展望,以期为相关领域的研究者和实践者提供有益的参考。

二、FRP建筑材料的结构性能FRP(Fiber Reinforced Polymer)建筑材料,作为一种高性能复合材料,其结构性能表现优异,被广泛应用于建筑领域。

FRP材料主要由聚合物基体和增强纤维两部分组成,其中增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,这些纤维具有高强度、高模量的特性,而聚合物基体则起到固定纤维位置、传递应力的作用。

高强度与轻质化:FRP材料具有极高的比强度和比模量,即在单位质量下,其强度和模量远超传统建筑材料,如钢筋和混凝土。

因此,FRP材料能够在满足结构性能要求的同时,实现建筑结构的轻质化,降低建筑自重,提高建筑的使用效率和经济效益。

良好的抗疲劳性能:FRP材料在循环加载下表现出良好的抗疲劳性能,不易出现疲劳破坏。

这一特性使得FRP材料在桥梁、道路等需要承受长期重复荷载的建筑工程中具有广泛应用前景。

优良的耐腐蚀性:FRP材料具有优异的耐腐蚀性,能够抵抗酸、碱、盐等化学物质的侵蚀。

这使得FRP材料在海洋、化工等恶劣环境下仍能保持良好的结构性能,延长建筑的使用寿命。

良好的可设计性:FRP材料具有良好的可加工性和可设计性,能够根据工程需求进行定制生产。

通过改变纤维类型、含量、排列方式以及聚合物基体的种类和性能,可以调整FRP材料的力学性能和功能特性,以满足不同建筑结构的性能要求。

2019年度进展20:纤维增强复合材料(FRP)桥梁结构应用研究

2019年度进展20:纤维增强复合材料(FRP)桥梁结构应用研究

2019年度进展20:纤维增强复合材料(FRP)桥梁结构应用研究1. 概述复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷、水泥和金属等基体为连续相,以刚性粒块和纤维等增强体为分散相,通过适当的制备方法将增强体均匀性地分散于基体材料中,形成一个综合性能优于任一单一成分的复合体系,这一体系材料称之为复合材料。

应用复合材料理念的历史源远流长,人类最先直接采用天然的有机复合材料-木材和竹材,就是由有纤维素纤维(抗拉性很强)和基质(抗压性强)组成。

在粘土中加入稻草或秸秆晒制或烧制砖块应该是人类有意识的设计和使用复合材料的开始,在此基础上发展得到了今天随处可见的钢筋混凝土结构。

20世纪40年代,玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)的出现,才正式有了复合材料(Composite material)这一名称,复合材料也得到飞速发展,如图1所示。

后来陆续出现了高强度、高模量纤维与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,构成各具特色的复合材料,在航空航天、舰船、建筑等领域得到了广泛应用。

航空航天领域已经形成了较完整的复合材料工业体系,波音787机体重量的50%为碳纤维制造,如图2所示,空客飞机的复合材料使用量也在逐年快速增加。

由于采用了材料-结构一体化设计理念,如图3所示,应用复合材料的飞机在材料、制造和运营过程中具有超过传统飞机的商业竞争力和广阔的应用前景。

图1 复合材料发展历程纤维增强复合材料的推广与普及为桥梁工程提供了新的发展方向和更大的创新空间,现阶段桥梁工程常用的复合材料主要是树脂基的纤维增强聚合物(Fibre-reinforced plastic,FRP),包括玻璃纤维(GFRP)、碳纤维(CFRP)、芳纶纤维(AFRP)及玄武岩纤维(BFRP)等增强聚合物,FRP材料适应了现代桥梁结构向大跨、轻质、耐久的需求,成为砌体、混凝土和钢材等传统建筑材料之外的重要工程材料。

根据其组成特点,FRP强度、弹性模量、耐久性和特殊功能等关键材料性能方面可根据需要进行设计,这是传统的混凝土和钢材难以比拟的。

cfrp材料应用桥梁加固实例

cfrp材料应用桥梁加固实例

CFRP(碳纤维复合材料)是一种轻量、高强度和耐久性良好的材料,广泛应用于桥梁加固和修复领域。

以下是一些CFRP材料应用于桥梁加固的实例:
1. 梁增强:
CFRP可以通过粘贴在现有梁的底部或侧面来增加梁的强度和刚度。

这种方法适用于承受超载、减小挠度或增加桥梁的承载能力。

2. 桥墩加固:
CFRP可以用来包裹加固桥墩,提高其抗震性能和承载能力。

通过将CFRP片材或布料粘贴在桥墩表面,可以有效地增加桥墩的强度和刚度。

3. 碳纤维索柱:
CFRP材料也可以用于加固桥梁的索柱。

碳纤维索柱具有高强度和轻量化的特点,可以提供优秀的抗拉性能和刚度,同时减小对桥梁结构的荷载。

4. 墩台加固:
CFRP材料可以用于加固桥梁墩台,提高其承载能力和抗震性能。

通过在墩台上粘贴CFRP片材或使用CFRP包裹,可以有效地增强墩台的刚度和稳定性。

这些仅是CFRP材料应用于桥梁加固的一些示例,具体的加固方法和措施应根据桥梁的结构、受力特点和需要加固的部位来确定。

在实际应用中,需要进行详细的结构评估和设计,确保加固方案的可行性和有效性。

FRP在南海岛礁跨海大桥中的应用

FRP在南海岛礁跨海大桥中的应用

轻量化FRP拉索在南海岛礁跨海大桥中的应用1.立项依据1.1南海岛礁位于南沙群岛之中,为了方便各岛礁之间联系,建设大跨度的跨海大桥是必不可少的。

但是,但是随着超大跨桥梁跨度的増加,传统钢拉索超大跨桥梁的问题也逐渐显现出来:(1)钢拉索垂度效应明显。

随着拉索长度的增加,超大跨桥梁传统钢拉索的垂度急剧增力口,轴向刚度不断减小,导致荷载传递效率大大减少。

而且由于钢拉索垂度效应的增大,拉索变形与受力之间的线形关系不再存在,拉索力学行为呈现非线性关系,受拉索非线性力学行为的影响,超大跨桥梁设计难度也随之加大。

同时随着钢拉索垂度的增加,拉索的轴向刚度也不断减小,考虑钢拉索垂度效应的影响,其等效弹性模量下降明显,因此当跨度达到一定长度后,通过增大拉索截面面积的方法来提高拉索的轴向刚度是不合理也是不经济的。

在超大跨桥梁中,拉索的轴向刚度是桥梁整体刚度的重要组成部分,随着钢拉索垂度效应的显著,超大跨桥梁的整体刚度也会受到很大的影响(2)钢拉索自重大,承载效率低,极限跨径有限。

随着超大跨桥梁跨径的增加,钢拉索的自重在桥梁结构总自重中所占的比例越来越大,钢拉索用于承担其自身重量的工作应力占设计应力的比重也越来越大,而承担交通荷载的工作应力也随之急剧减小,导致钢拉索的承载效率下降严重。

而且对于超大跨桥梁而言,拉索自重的增加也将引起支撑、约束拉索的索力与自重的索塔、基础等桥梁结构尺寸的扩大,进而导致超大跨桥梁建造成本的增长。

绳索支撑桥梁的极限跨径与缆索材料的自重、承载效率成反比,由于钢拉索自重大、承载效率低,导致钢拉索超大跨桥梁的极限跨径有限,理论分析表明钢拉索斜拉桥的极限跨径约为3000m,钢拉索悬索桥的极限跨径约为4800m,因此钢拉索将限制超大跨桥梁跨度的进一步提升。

(3)钢拉索疲劳、腐蚀现象严重。

随着车辆荷载与交通量的增加,超大跨桥梁作为重要的交通命脉,钢拉索承受荷载值及由交通荷载引起的振动频率都呈上升的趋势,而钢拉索的大幅振动易导致拉索的疲劳破坏,尤其是拉索的错固部位。

桥梁施工新型材料与技术研究

桥梁施工新型材料与技术研究

桥梁施工新型材料与技术研究桥梁作为交通基础设施的重要组成部分,对于地区的经济发展和人们的生活起着至关重要的作用。

随着科技的不断进步,新型材料和技术在桥梁施工中的应用越来越广泛,为桥梁工程的发展带来了新的机遇和挑战。

一、新型材料在桥梁施工中的应用1、高性能混凝土高性能混凝土具有高强度、高耐久性和良好的工作性能等优点。

在桥梁施工中,使用高性能混凝土可以减少结构尺寸,增加桥梁的跨越能力,同时延长桥梁的使用寿命。

例如,采用自密实高性能混凝土可以解决在复杂结构中混凝土难以浇筑密实的问题,提高混凝土的质量和结构的整体性。

2、纤维增强复合材料(FRP)FRP 材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特性。

在桥梁结构中,FRP 可用于加固既有桥梁,提高其承载能力;也可以用于新建桥梁的构件,如桥面板、拉索等。

FRP 材料的应用能够减轻桥梁自重,降低施工难度,并且在恶劣环境下具有更好的耐久性。

3、超高强度钢材超高强度钢材的强度远高于传统钢材,能够减小构件的截面尺寸,减轻结构自重。

在大跨度桥梁中,使用超高强度钢材可以优化结构设计,提高桥梁的经济性和美观性。

同时,超高强度钢材的耐疲劳性能也较好,能够提高桥梁的使用寿命。

二、新型技术在桥梁施工中的应用1、预制拼装技术预制拼装技术是将桥梁的构件在工厂预制完成,然后运输到施工现场进行拼装。

这种技术可以提高施工质量,缩短施工周期,减少对施工现场周边环境的影响。

例如,预制箱梁、预制桥墩等的应用,使得桥梁施工更加标准化、工业化。

2、顶推施工技术顶推施工技术适用于中等跨度的桥梁施工,通过千斤顶将预制好的梁段逐段顶推到位。

该技术不需要设置大量的临时支架,对桥下交通影响较小,且施工过程较为安全可靠。

3、转体施工技术转体施工技术是将桥梁结构在非设计轴线位置制作成形,然后通过旋转使其就位。

这种技术适用于跨越山谷、河流等特殊地形的桥梁施工,能够减少对既有交通和环境的干扰。

4、智能监测技术随着信息技术的发展,智能监测技术在桥梁施工和运营中得到了广泛应用。

组合桥梁课程论文-FRP在组合结构桥梁中的应用

组合桥梁课程论文-FRP在组合结构桥梁中的应用

组合结构桥梁设计课程论文题目:FRP在组合结构桥梁中的应用学院:土木工程学院专业:*****学号: *****姓名: *****2013年12月20日FRP在组合结构桥梁中的应用1 引言长期以来,钢筋混凝土或预应力混凝土结构一直存在由于钢筋锈蚀引起的结构过早退化或结构功能不足的缺点。

而我们对材料的要求愈来愈严格,这些传统材料已不能符合此方面的要求,故应运而生了质量轻、强度高、弹性好的复合材料——纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic,简称FRP)。

FRP结构在航空、航天、车辆、舰船、化工等领域已经得到了较多的应用,并发展迅猛。

在土木工程领域,FRP的应用才刚起步。

2 FRP简介2.1 FRP的基本成分FRP有三个基本成分:纤维、基材及纤维—基材的界面。

其主要分类见图2-1。

玻璃纤维纤维碳纤维克维拉纤维聚酯树脂基材环氧树脂热塑性塑料纤维表面处理界面基材改质图2-1 FRP材料的三种成分纤维为强化材料,使FRP材料具有很高的强度和弹性系数,且使FRP材料承受应力时不至于弯曲或破坏。

纤维强化材料决定FRP材料机制性能的主要因素,其在FRP材料中主要承受主要负载,限制微裂缝延伸,提高材料强度与刚性,改善材料抗疲劳、抗徐变性能,提高材料使用寿命与可靠性。

基材最主要的功能是传送应力或分散应力到每根纤维中,且使纤维固定在所需要的排列方向,基材也可以保护纤维免受到摩擦或侵蚀,同时基材料也可结合纤维,是复合材料受应力时不至于破坏和变形。

纤维—基材的界面是决定复合材料使用寿命的重要因素,在截面处具有很高的局部应力,纤维复合材料可能从截面处先被破坏,故纤维—基材截面必须具有良好的物理和化学性质,以便使负荷能够很顺利地由基材传送到纤维。

2.2 FRP的分类1.FRP片材。

FRP片材包括FRP布和FRP板。

FRP布是由连续的长纤维编织而成,通常是单向纤维布,且使用前不浸润树脂,施工时用树脂浸润粘贴。

梁桥维修与加固中应用新技术有哪些前景

梁桥维修与加固中应用新技术有哪些前景

梁桥维修与加固中应用新技术有哪些前景在现代交通体系中,梁桥作为重要的基础设施,承担着巨大的交通流量和荷载。

然而,随着时间的推移和使用频率的增加,梁桥不可避免地会出现各种病害和损伤,需要进行维修与加固以确保其安全和正常使用。

近年来,随着科技的不断进步,一系列新技术在梁桥维修与加固中得到了应用,为这一领域带来了广阔的前景。

一、碳纤维增强复合材料(CFRP)的应用碳纤维增强复合材料具有高强度、高刚度、耐腐蚀等优异性能,在梁桥维修与加固中展现出了巨大的潜力。

通过将CFRP片材或板材粘贴在梁体的受拉区域,可以显著提高梁的承载能力和抗弯刚度。

与传统的加固方法相比,CFRP加固技术具有施工方便、重量轻、不增加结构自重等优点。

此外,CFRP材料还具有良好的耐腐蚀性,可以有效地延长梁桥的使用寿命。

未来,随着CFRP材料性能的不断提升和成本的降低,其在梁桥维修与加固中的应用将会更加广泛。

二、智能监测技术智能监测技术的发展为梁桥的维修与加固提供了更加科学和准确的依据。

通过在梁桥上安装传感器,如应变传感器、位移传感器、加速度传感器等,可以实时监测梁桥的结构响应和性能变化。

这些监测数据经过分析处理后,可以及时发现梁桥潜在的病害和安全隐患,为维修与加固决策提供有力支持。

同时,智能监测技术还可以实现对维修与加固效果的长期跟踪评估,确保加固措施的有效性。

未来,随着物联网、大数据和人工智能技术的不断融合,智能监测技术将会更加智能化和自动化,为梁桥的安全运营提供更加可靠的保障。

三、自修复材料的应用自修复材料是一种具有自我修复能力的新型材料,当材料内部出现微裂纹或损伤时,能够自动进行修复,恢复其性能。

在梁桥维修与加固中,自修复材料的应用可以有效地延长结构的使用寿命,降低维修成本。

例如,将含有微胶囊的自修复混凝土用于梁桥的修补,可以在混凝土出现裂缝时自动释放修复剂,填充裂缝,恢复混凝土的强度和耐久性。

目前,自修复材料仍处于研究和发展阶段,但随着技术的不断成熟,其在梁桥维修与加固中的应用前景十分广阔。

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FRP在桥梁中的应用摘要:对FRP材料及其产品形式进行了介绍,给出了几种纤维的主要性能指标,深入探讨了FRP在桥梁中的应用,提出了FRP复合材料在我国大规模发展中存在的问题,对FRP复合材料在桥梁中的应用及其研究方向提出一些见解。

关键词:纤维增强聚合物(FRP),主要性能,桥梁工程,应用。

1研究背景长期以来,钢筋混凝土或预应力混凝土结构一直存在由于钢筋锈蚀引起的结构过早退化或结构功能不足的缺点。

近些年来,纤维增强聚合物(Fiber Rein-forced Polymer,简称FRP)已经成为解决上述结构问题的一种可行途径。

FRP材料从20世纪40年代问世以来,在航空、船舶、汽车、化工、医学和机械等工业领域得到了广泛的应用,因其具有轻质、高强、耐腐蚀等优良性能,目前已成为土木工程领域的一种新型结构材料,并给土木工程领域带来许多新的发展契机。

迄今为止,国外已进行了较多的有关FRP的试验研究和工程应用,并编制了相关的结构设计与施工指南。

2 FRP的简介2. 1 FRP的特点、工作原理及基本性能2.1.1 FRP的特点FRP是一种复合材料,主要由纤维丝、树脂以及添加剂等成分组成,它们是影响FRP的物理、化学及力学性能的主要因素。

纤维在FRP中起加劲作用,是受力主体。

树脂主要起粘结和传递剪力的作用,将纤维束结成整体,既能保护纤维免受机械破坏和化学腐蚀,又能使纤维整体受力,给纤维丝提供横向支撑。

为改善树脂的物理和化学性能,通常在树脂基体中加入一些添加剂。

由于所采用的纤维不同,FRP又可分为玻璃纤维增强复合塑料(GFRP)、碳纤维增强复合塑料(CFRP)、芳纶纤维增强复合塑料(AFRP)等。

在桥梁加固工程中,可根据每种纤维复合材料的力学性能来选择符合工程实际的材料。

几种常用纤维复合材料的力学性能见表1。

表1 几种常用纤维复合材料的力学性能见表FRP应用在桥梁工程中的优点主要有:(1) FRP的密度较小,在同等直径下,FRP的重量只有钢筋材料的五分之一,甚至更小。

(2) FRP具有良好的抗拉强度,其中FRP筋的抗拉强度要比普通钢筋高很多。

FRP的应力一应变曲线始终是直线,不存在明显的屈服台阶。

(3) FRP具有良的抗疲劳性能,其中碳纤维复合材料与芳纶纤维复合材料的抗疲劳性能要比钢筋高出许多。

⑷FRP的耐腐烛性能非常好。

FRP的缺点:(1)由于FRP是一种脆性材料,因此其抗冲击初性较低。

(2)FRP缺乏相应的塑性转动能力,不能进行弯矩重分布。

(3)FRP筋的弹性模量与钢筋相比,大约是钢筋的25%~75%,如果将FRP应用于混凝土结构当中,如果不施加预应力,就会对结构挠度产生很大的影响。

(4)通常FRP的横向承载力都比较低,比较容易被剪断。

(5)在持续的高荷载作用下,FRP还存在徐变断裂破坏的可能性。

(6)由于FRP的生产工艺比较复杂,且目前的应用还处于探索阶段,因此,生产成本相对较高。

但是随着应用技术的不断成熟,其成本也存在很大下降空间。

2.1.2 FRP的工作原理在桥梁加固工程中,FRP的工作原理与钢筋混凝土材料的工作原理基本相似,只是将结构内部的钢筋转变为结构外部粘贴的FRP。

这种材料的加固原理是利用专用的树脂类黏结胶,将FRP材料粘贴在待加固的桥梁结构表面,使纤维材料、树脂胶与结构有机地结合起来,形成一个完整的结构体系来共同承受荷载。

FRP 的高强度抗拉性能,能够有效提升被加固结构的承载力及抗震能力。

研究证明,FRP的桥梁加固作用,可以使被加固结构的抗弯承载力提高60%以上,使被加固结构的抗剪承载力也得到同样的提升。

2.1.3FRP的基本性能(1)物理性质。

FRP的比重很小,为普通钢材的1/6~1/4,单向FRP的热膨胀系数在纤维纵向和横向上不同,差别大小取决于纤维和树脂的类型以及纤维体积率。

(2)力学性能。

FRP中不同的纤维组成和含量决定了其具有不同的力学性能。

单一类型纤维组成的FRP受拉性能的特点是直到破坏仍保持线弹性的应力-应变关系,顺纤维向抗拉强度高;FRP的弹性模量相对于钢材较低,特别是GFRP;FRP 材料的抗压强度低于其抗拉强度,CFRP、AFRP及GFRP的抗压强度分别为其抗拉强度的78%、20%和55%;FRP材料的抗压弹性模量也比其抗拉弹性模量小,CFRP、AFRP及GFRP的抗压弹性模量分别为其抗拉弹性模量的85%、100%和80%。

(3)持时特性。

FRP在持续荷载作用下,经历一段时间后会发生突然的破坏,这种现象称为徐变断裂,也是FRP特有的性能。

研究发现,在3种纤维中,玻璃纤维对徐变断裂最敏感,阿拉米德纤维居中,碳纤维最不敏感;FRP徐变断裂的强度比与时间对数值之间存在线性关系,根据推断,持荷50年的CFRP、AFRP及GFRP 棒材的徐变断裂强度与短期极限强度之比分别为0.91、0.47和0.3。

FRP在保持长度不变时,其应力会随时间而逐渐降低,这种现象称为应力松弛。

在3种FRP 中,CFRP的松弛率很小,而AFRP的松弛率很大。

FRP具有优越的抗疲劳性能,这是因为纤维间内力可以再分配,纤维与基体的复合可以缓和裂纹扩展。

CFRP 和AFRP棒材的疲劳强度远高于高强钢丝,GFRP的抗疲劳性能略低于钢筋,高温高湿会降低FRP的疲劳性能。

(3)耐久性能。

FRP是非金属材料,在腐蚀环境中的耐久性一般要显著优于钢筋,从而成为替代钢材用于腐蚀环境中的最佳选择。

但研究发现,不同FRP 对酸、碱、盐、高温、潮湿、紫外线等环境条件具有一定的敏感性,处于这些环境中时,FRP的力学性能(如抗拉强度、弹性模量)会有一定程度的衰减,设计时所用的材料性能应考虑这种下降。

环境条件对不同FRP的影响是独特的,CFRP 和AFRP的耐酸、碱、盐的性能很好,GFRP在酸性和碱性环境中易发生腐蚀;作为FRP重要组成部分的树脂以及芳纶纤维丝易受潮湿环境和紫外线照射影响。

美国ACI 440。

1R-035FRP筋混凝土结构的设计及施工指南6给出了不同类型FRP 在不同环境条件下的折减系数,其中在侵蚀环境条件下,CFRP、AFRP及GFRP的环境折减系数分别为0.85、0.70及0.50。

3 FRP力学性能的分析及设计方法3. 1 FRP力学性能的分析3.1.1 拉伸试验与钢筋力学性质不同,FRP筋抗拉强度高,抗压、抗剪强度低。

因此,进行FRP筋拉伸试验时,如果直接把FRP筋安装在试验机夹头上,就会在FRP筋未达到极限抗拉强度时,在试件端部出现受压破坏现象,从而无法测定FRP筋实际极限强度值,这需要特殊的锚具设计。

通过实验研究。

试件破坏形态主要有以下几种:(1)分散破坏。

FRP筋在拉伸过程中达到极限强度时分散拉断,该破坏形态主要发生在表面光圆FRP筋上 (见图3(a),(b))。

(2)断裂破坏。

FRP筋在高应力状态下突然断裂,该破坏形态主要发生在表面粘砂CFRP筋上;粘砂,并用纤维束表面螺旋状缠绕,且表面异型,从而防止了FRP筋的分散破坏,在拉伸过程中, CFRP筋的破坏形态呈弹性破坏,断裂前无断裂征兆,纤维突然断裂(见图3(c),(d))。

(3)拉毛后断裂。

拉伸破坏时首先在FRP筋表面出现胶合剂剥落,之后纤维拉毛,纤维间纵向滑移后破坏,该破坏形态主要发生在表面粘砂GFRP筋上, GFRP 筋破坏形态(见图3(e))。

(4)劈裂破坏。

由于试件缠绕了纤维束,在拉伸过程中因局部损伤、断裂而出现劈裂现象(见图3(f))。

3.1.2 应力—应变曲线FRP 筋部分试件应力-应变曲线如图所示。

由图可见,CFRP 筋从开始受荷到完全破坏,其应力-应变曲线近似呈直线,FRP 筋破坏时没有征兆,突然断裂,无屈服阶段,破坏形式为脆性破坏。

由于碳纤维弹性模量大,与玻璃纤维相比,其曲线斜率较陡。

GFRP筋应力-应变曲线在达到极限应力前同样近似直线变化,达到极限应力后出现下降段,GFRP 筋表面出现剥落现象,拉毛后迅速断裂(见图中GFRP A1,A2); GFRP 筋应力-应变曲线在达到极限应力前也近似直线变化,而达到极限应力时却出现陡降段,GFRP 筋迅速分散断裂(见图中GFRP(B1))。

GFRP(B2)由于锚固强度不足而出现滑移现象,其应力-应变曲线后段出现一直线平台后破断。

3.1.3 FRP 筋抗拉强度根据试验结果分析,FRP 筋抗拉强度变化规律基本符合正态分布,按照95%抗拉强度保证率,试验确定FRP 筋极限抗拉强度标准值ftk 为:ftk=u-1.645σ式中:u 为n 组抗拉强度平均值,u=∑X I i=n i=1;σ为n 组抗拉强度标准差;由于FRP 筋不像普通碳素钢那样具有明显的屈服阶段,参照没有明显屈服台阶的钢筋,近似取其极限抗拉强度标准值的70%作为它的屈服强度标准值fyk,即fyk=0.7ftk3.1.4 FRP 的弹性模量参照<<拉挤玻璃纤维增强塑料杆拉伸性能实验方法>> 6(GB/T13096.1.1)91),FRP 筋弹性模量有拉伸弹性模量和拉伸割线弹性模量,为统一起见,本试验给出的弹性模量为拉伸弹性模量Et (MPa),即E t =△Plo A△L 式中: △P 为荷载-变形曲线上初始直线段的应力增量; △L 为与荷载增量△P对应的标距长度l o (取100 mm)的变形增量(mm);A为FRP筋截面积(mm2)。

3.2 FRP设计方法由于 FRP 的力学特性为线弹性且具有显著的各向异性,在 FRP 轻质桥梁的设计计算中可按照弹性各向异性材料来进行建模分析;对于结构分析可根据构件的力学性能来计算,与一般的结构设计计算基本相同。

虽然 FRP 沿纤维方向的强度较大,但垂直纤维方向和剪切方向上强度都较低,容易发生剪切破坏。

同时,FRP 的剪切模量远小于其纤维方向上的拉压模量,在受弯梁的变形中可能会出现比较明显的剪切变形。

研究证明,其剪切变形可占总变形的20%。

因此,在 FRP 桥梁结构的设计中,需要重视对剪切破坏和剪切变形的计算。

4 FRP在桥梁工程中的应用4. 1 FRP片材在桥梁工程中的应用FRP片材主要用于混凝土结构的加固。

由于CFRP片材具有更高的强度和弹性模量,因此CFRP片材加固应用最广泛。

与传统加固方法相比,粘贴FRP片材加固技术的优势主要体现于:高效地提高构件或结构的承载力、有很强的抗腐蚀性能、很少增加构件的自重和断面尺寸、施工方便以及适用面广等。

FRP片材用于混凝土结构的加固形式主要有受弯加固、受剪加固及抗震加固等。

(1)受弯加固受弯加固是在梁、板构件的受拉面粘贴FRP片材,粘贴时纤维方向与构件轴向一致,利用FRP片材受拉来提高构件受弯承载力。

FRP布材和FRP板材均可用于受弯加固。

粘贴FRP片材的加固设计方法仍采用极限状态设计法,只是片材在极限状态时的应力应根据构件相应极限状态时所达到的应变,按线弹性应力-应变关系确定。

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