纤维增强复合材料FRP桥梁结构中的应用形式-行业新闻-江西罗边玻纤有限公司
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  • 纤维增强复合材料FRP桥梁结构中的应用形式
  • 发布时间:2019-11-15
  • 纤维增强复合材料FRP是国外于20世纪初开发的一种新型材料。目前在土木工程中应用的FRP材料主要有碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、芳纶纤维增强复合材料(AFRP)以及玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)等。

    目前以碳纤维布为代表的FRP片材已经成为一种重要的结构加固材料,在各类民用及工业建构筑物的改造加固工程中得到了广泛的应用。

    近年来,FRP材料在新建结构中的研究和应用也已成为土木建筑领域的研究热点。由于FRP不同于传统建筑材料的物理和力学特性,其用于新建结构具有很大的技术优势和发展空间,主要体现为:

    1)重量轻、强度高。密度约为14-21kN/m3,约为钢的1/6~1/4,应用于大跨结构中时,可极大减轻结构自重。FRP材料的强度/重量比通常可达钢材的4倍以上,使得FRP大跨结构的极限跨度比传统结构大2~3倍。

    2)良好的耐腐蚀性,可用于港口工程、地下工程、桥梁、化工建筑等有特殊环境下要求的建构筑物。

    3)成型方便,可设计性强,可以较方便地设计成筋、索、管及其他型材。

    4)FRP为线弹性材料,在发生较大变形后还能恢复原状,对于承受较大动载和冲击荷载的结构较为有利。

    FRP材料还具有非磁性、绝缘(CFRP除外)、热膨胀系数小等其他优势,在一些特殊结构中能够发挥其他建材难以取代的作用。

    FRP加固补强桥梁结构

    将FRP片材粘贴在混凝土构件表面,来提高和改善混凝土构件的受力性能。早在1980年,这项技术在我国的工程实践中就曾尝试过,但这项技术在我国的发展缓慢。上世纪80年代,瑞士联邦实验室的Meier等人对FRP板代替钢板加固混凝土结构的技术进行了系统的研究,并在工程中进行了应用。1991年用CFRP板加固了瑞士的Ibach桥。FRP片材加固混凝土结构技术已经日趋成熟,逐渐成为一种应用广泛的结构加固方法。

    FRP片材包括纤维布和FRP板。纤维布由连续的长纤维编织而成,通常为单向纤维布,使用前不浸润树脂,施工时用树脂浸润粘贴于结构表面。FRP板是则将纤维在工厂中浸润树脂、固化预成型,一般采用拉挤或层铺制成,也是用树脂将其粘贴于结构表面进行加固。

    这项应用是目前发展最为成熟的一项技术。经过10多年的发展已经形成了从纤维材料、树脂材料以及工程应用的一系列产业。

    FRP筋混凝土及预应力混凝土桥梁

    FRP也可以制成筋材、索材和网格材,在混凝土和预应力混凝土结构中直接代替钢筋和预应力钢筋,通常为拉挤或拉缠工艺制成。由于它们具有轻质高强、抗腐蚀、非磁性、抗疲劳等优点,可用于强腐蚀环境、沿海、碱渍地区的工程,以及有无磁性要求的工程。近年来,FRP筋及预应力FRP筋混凝土结构成为发展超耐久性工程结构的主要趋势。

    在北美、北欧等西方国家,由于冬季的除冰盐对桥梁结构中钢筋腐蚀所带来的严重危害已成为困扰基础设施工程的主要问题,FRP配筋和FRP预应力筋混凝土结构的研究和应用发展较早且较快,并且有大量的产品。但我国目前还缺少较为完善的FRP筋产品,但在一些地铁、隧道和港口的建设中已经开始大量应用,但绝大多数为进口产品或国外知识产权的产品。

    FRP轻质桥梁

    在尝试用FRP建造大跨度桥梁的同时,FRP制成的中小跨度的轻质桥梁在实际应用中获得了很好的效果。FRP轻质桥的结构形式可根据实际需要进行设计和加工,其中桁架结构和梁板结构居多。因为FRP重量轻,所以运输吊装方便,有时可以在起重设备不便利的情况下采用人工吊装。通常FRP轻质桥梁在工厂加工制作好,只需运输到现场吊装即可完工,施工速度很快。

    由于FRP可着色,可设计性强,可以制成具有丰富色彩和形式新颖的结构,形成具有独特景观特色的轻型桥梁。此外,FRP轻质桥梁在工业建筑、腐蚀性环境以及军事舟桥中的应用也很多,结构形式主要以桁架为主。

    目前全世界已经建成了近100座FRP轻质桥梁,但我国国内仅有几座试验性质的桥梁,还没有形成相应的产业。

    FRP桥面板

    FRP桥面体系是FRP型材在桥梁中应用的主要形式之一,它与传统的钢筋混凝土桥板相比有以下优势:在工厂中加工成型,重量轻,运输安装方便;能够抵抗除冰盐、海水、空气中氯离子的侵蚀,维护费用低;恒载小,可减少支撑结构和下部结构的荷载;为弹性结构,设计通常为挠度变形控制,偶尔超载变形可恢复;疲劳性能好。

    目前为止,全世界采用FRP结构和FRP组合结构的桥梁已超过100座;其中大约60%为老旧桥梁的翻新,材料绝大部分为GFRP。并且有几十家FRP桥板供应商,但我国还没有相应的产品。

    FRP组合构件

    FRP组合构件是将复合材料与传统的建筑材料,如混凝土、钢材等进行组合形成的新型构件形式。常见的有FRP-混凝土组合梁和FRP管混凝土。这些构件中FRP既能受力,又能作为模板,便于施工,还可以保护内部的混凝土和钢筋,具有多重功能。

    通过合理设计和组合的FRP组合构件具有非常优越的力学性能,目前许多发达国家都在开展相应研究,并在一些工程中进行了是试点应用,取得了很好的效果。我国的相关研究也在开展,但还没有大规模的工程应用。

    (文章来源:易柏易)