邵非凡

（鄭州市第四中學(xué)河南鄭州450000）

復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用探究

邵非凡

（鄭州市第四中學(xué)河南鄭州450000）

復(fù)合材料（FRP）是一種新型建筑結(jié)構(gòu)材料，有著優(yōu)良的力學(xué)特性及物理化學(xué)特性，在現(xiàn)代土木工程建設(shè)中有較廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用及發(fā)展情況進(jìn)行系統(tǒng)探討。

復(fù)合材料；土木工程；應(yīng)用及發(fā)展

1 土木工程結(jié)構(gòu)加固

通過十余年的發(fā)展，F(xiàn)RP加固技術(shù)已然成為現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)建中的一個(gè)相對(duì)成熟技術(shù)方式。如今，F(xiàn)RP應(yīng)被成功越聽越到各類工程結(jié)構(gòu)加固中，主要有混凝土結(jié)構(gòu)、鋼架結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等，在土石結(jié)構(gòu)中也有應(yīng)用報(bào)道[1]。FRP最主要應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)加固中，具體包括這幾方面。

1.1 對(duì)混凝土柱進(jìn)行FRP布纏繞加固。這是最為有效的一個(gè)加固方式，就是基于約束混凝土提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及變形能力，同時(shí)可有效提升抗震、抗剪能力。研究報(bào)道，F(xiàn)RP布應(yīng)用于混凝土柱約束效用和結(jié)構(gòu)截面的形狀存在密切關(guān)系，通常對(duì)于矩形截面僅僅可強(qiáng)化變形能力及抗剪能力，且在承載力提升上極為有限。但倘若對(duì)截面形狀改成具有弧度，那么結(jié)構(gòu)承載力可有效提升。

1.2 在混凝土梁及板的受拉面貼用FRP片材。該種加固方式在我國應(yīng)用較為廣泛，能有效提升這些部位的抗彎能力，且可有效控制結(jié)構(gòu)裂縫。但是從整體加固效果看有這幾方面的不足：一是FRP片材受拉力影響單單在受拉鋼筋屈服后才可發(fā)揮，但是該時(shí)混凝土梁及板撓度變形會(huì)增大，所以該種加固僅是安全預(yù)防。近年來，為強(qiáng)化受彎加固效用，預(yù)應(yīng)力法逐步進(jìn)入視野。二是受彎加固提升效果和原來的配筋梁有著密切關(guān)系，并且FRP強(qiáng)度通常無法全面發(fā)揮。三是FRP片材應(yīng)用到守彎加固中易出現(xiàn)剝離，影響到效果。

1.3 在混凝土梁、柱上應(yīng)用ERP片材包裹。該方式效果較好，能提升構(gòu)件抗剪承載力。在實(shí)際應(yīng)用中，要知道提升其程度和構(gòu)件的原配箍率存在關(guān)系，并片材強(qiáng)度通常只能發(fā)揮出20%~40%。

2 EPR筋及預(yù)應(yīng)力EPR筋混凝土結(jié)構(gòu)

在ERP筋的纖維量一般在60%~65%，具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，且有較強(qiáng)的抗腐蝕、抗疲勞、低松弛等優(yōu)勢。應(yīng)用ERP筋替代鋼筋就是基于其優(yōu)良的抗腐蝕性，能夠有效消除銹蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的損壞，進(jìn)而減少維修成本。在各類橋梁工程中，EPR筋可用來作為懸索橋和斜拉橋纜索，也可以作為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)橋的預(yù)應(yīng)力筋。依照加工方式差異，主要分為表層砂化處理GFPR筋、和鋼絞線并在多股間應(yīng)用環(huán)氧粘結(jié)CFRP預(yù)應(yīng)力筋及纖維交叉編織而成的FRP筋。在上世紀(jì)90年代出，西方國家在公路橋梁工程中就開始應(yīng)用ERP預(yù)應(yīng)力筋，靜載及動(dòng)載的效果良好。

此外，應(yīng)力ERP筋在巖土工程中也有一定應(yīng)用。在西方發(fā)達(dá)國家，GERP的價(jià)格相對(duì)低廉，安裝便捷，且具有較強(qiáng)的使用壽命，已被廣泛應(yīng)用到各類土木工程中，比如：地基錨桿、噴注混凝土筋等。我國在上世紀(jì)80年代就開展了此項(xiàng)研究，已取得良好成效。當(dāng)前，我國已上掌握多種ERP筋、索及相關(guān)錨具的生產(chǎn)工藝。近年來，在ERP筋混凝土的研究中，主要包括這兩個(gè)方面：一是ERP筋和混凝土間的接觸界面粘結(jié)性。二是ERP筋混凝土的構(gòu)件有著特殊的力學(xué)性能。

3 EPR結(jié)構(gòu)類型

3.1 組合式結(jié)構(gòu)

ERP的組合式結(jié)構(gòu)就是把不同類型和形式的ERP產(chǎn)品和混凝土或者鋼筋組合一起應(yīng)用，以達(dá)成優(yōu)勢互補(bǔ)，進(jìn)而形成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)方式。當(dāng)前，主要有這機(jī)制類型：

3.1.1 ERP管混凝土。纏繞成型的ERP管內(nèi)注入混凝土構(gòu)成ERP管混凝土組合構(gòu)件是當(dāng)前最為最為合理的一個(gè)ERP--混凝土組合結(jié)構(gòu)，并且ERP管不但對(duì)混凝土有著良好的約束效用，同時(shí)還能夠作為模板，在一定程度上能夠提升施工效率，且有較長的使用壽命，可作物結(jié)構(gòu)的樁、柱乃至梁。有研究人員對(duì)ERP管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定改進(jìn)，也就是在ERP管內(nèi)設(shè)ERP肋，可有效強(qiáng)化ERP管的局部穩(wěn)定性，且可起到一定的鋼筋效用，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)受力性。

3.1.2 ERP-鋼管-混凝土組合構(gòu)件。在混凝土構(gòu)件中心部位設(shè)空心鋼管，在外層包裹的ERP及其于鋼管間注入混凝土，在實(shí)際施工中以鋼管為承力骨架，ERP為模板，使鋼管得到保護(hù)，混凝土局部受約束，進(jìn)而提升結(jié)構(gòu)的變形及承載能力，且在一定程度上能減輕構(gòu)件重量。

3.1.3 ERP-混凝土組合梁。實(shí)際上基于組合效用讓上部混凝土受壓，而下部ERP受拉，關(guān)鍵問題就是確保ERP和混凝土有協(xié)同效用的剪力項(xiàng)連接[2]。通過組合能夠讓ERP材料能得到更為充分的利用，且可把輕質(zhì)ERP構(gòu)件看作成永久性模板，便于后續(xù)施工。

3.2 ERP全結(jié)構(gòu)

基于ERP的特性，在工程結(jié)構(gòu)達(dá)成承載要求同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)一定的特殊性能，而全ERPP結(jié)構(gòu)有著獨(dú)特優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，在土木工程中常用的ERP結(jié)構(gòu)有這幾個(gè)類型：

3.2.1 ERP橋面。將ERP材料直接應(yīng)用到橋梁面板中，能夠有效減輕橋梁支撐及下部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，且可直接抵御外部侵蝕及荷載影響，減少維護(hù)成本。ERP橋面板是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的25%~33%，倘若應(yīng)用ERP橋板替代既有的混凝土橋板，能夠減輕橋面結(jié)構(gòu)自重，提升動(dòng)載等級(jí)，延長橋面的運(yùn)行壽命。

3.2.2 ERP輕質(zhì)橋梁。該類橋梁的應(yīng)用主要是城市中的人行天橋，其核心構(gòu)件或所有構(gòu)件均應(yīng)用ERP材料，可讓上部結(jié)構(gòu)重量大幅減輕，且具有良好的景觀效果，在城市市政建設(shè)中有較好應(yīng)用。

3.2.3 應(yīng)急ERP橋。在地震、戰(zhàn)爭等緊急情況下，對(duì)于橋梁的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性均有較高要求，需在最短時(shí)間內(nèi)架設(shè)，因而輕質(zhì)化、預(yù)制化、抗腐蝕的ERP最為適用。當(dāng)前，國際上均開始研究快速構(gòu)建應(yīng)急ERP橋，以軍用為主。

[1]王孝龍,孫成蛟.纖維復(fù)合材料在土木建筑工程中的應(yīng)用[J].室內(nèi)設(shè)計(jì)與裝修,2016,05:228.

[2]GB 50608-2010,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].