土木工程中复合材料的应用范文

摘要:

近些年土木工程随着国家的发展也不断发展壮大，土木工程中使用的复合材料也在不断的更新进步，许多新型材料被研发出来应用于土木工程项目中，复合材料(FRP)作为其中的优秀代表在土木工程中应用广泛。简要介绍了FRP的物理、化学特性，以及FRP的发展经历和在土木工程中的应用。

关键词:

复合材料;土木工程;发展;应用

1复合材料的发展历程

随着科学技术的发展，一大批新型材料被开发出来以适应社会快速发展的需要，复合材料(FRP)也顺应时代的需求而诞生。FRP的主要组成部分是芳纶、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等，这些都属于高性能的纤维和树脂，以它们作为基体进行混合，然后通过一定的加工工艺形成一系列具有独特结构的材料。FRP相对于其他材料具有优越的性能:强度高、质量小、耐腐蚀性强并且施工方便，在土木工程中获得越来越多的关注，现在经常见到FRP与混凝土、钢筋等材料结合用于土木工程中，并且土木工程正在不断研究将FRP应用在各类结构物中。20世纪五六十年代人们就开始研究在民用建筑中使用FRP，1961年英国Smethwick将GFRP应用在1座教堂的尖顶，1970年英国利物浦将GFRP作为连续梁用在1座人工天桥上。我国在20世纪50年代末探索使用玻璃纤维替代钢筋用在混凝土构件中，到20世纪七八十年代人们开始大量研究FRP在结构工程中的应用:1972年云南用GFRP做成了1个雷达天线罩;1982年北京密云使用GFRP建造了1座公路桥，承重能力极强。最初FRP在土木工程中用作结构加固，使用FRP加固后的土木工程在地震中表现出良好的性能，从而获得了人们的一致认可，开始大规模的应用FRP，到了21世纪初，FRP已经成为一种应用广泛的土木工程材料，我国现在每年都会使用大量的复合材料。

2复合材料在土木工程中的应用

2．1使用复合材料进行加固补强

一些工程结构的受力性能较差，可以在构件表面附着FRP来增强受力性能，我国在20世纪80年代就曾经使用GFRP来加固混凝土结构，不过该方法主要作用是防腐，因此没有进行推广，Meier等人使用GFRP加固了瑞士Ibach桥，后来欧洲、日本、加拿大及美国等都采用FRP进行结构加固，美国北岭地震和日本阪神地震证明了FRP加固构件的优异性能，更加促进了FRP在土木工程构件加固补强中的应用。FRP可以加固混凝土，主要有以下几种方式:①使用FRP布加固混凝土，将FRP布缠绕在混凝土外来加固，混凝土受到FRP布的约束作用强度和变形能力增强，抗震能力提高，并且混凝土柱的抗剪应力也大大提高。②将FRP片材应用在一些梁或者板的受拉面上，使梁或板具有更强的承载能力，且不易弯曲，同时也可以控制一些裂缝。③使用一些FRP片材或者将其制作成U形箍包裹在一些梁或柱子构件上，可以极大地增强他们的抗剪承载力。除了上述三种加固方式之外，FRP布还可以用来加固一些受扭和剪力墙，或者配合其他材料使用进行加固。现在国际上很多人在研究用FRP片材加固构件的设计理论，并逐渐成为一个热门话题，近些年也有人提出了一些新的或者改进后的加固方式，也有一些学者在研究使用FRP加固木结构、砌体结构和钢结构等。

2．2用FRP筋、索代替钢筋和钢索

将FRP制作成FRP筋或索后，比传统的钢筋和钢索具有更加良好的性能:FRP筋的强度比钢筋高5倍，但是其质量仅仅是钢筋的1/5，并且FRP筋的抗腐蚀性和抗疲劳能力也远远优于钢筋，传统钢筋极易腐蚀，容易损害，且需要进行长期维护，FRP筋就很好地解决了这些弊端。因此，只要工程中不要求铁磁性，就可以使用FRP筋或索代替传统的钢筋和钢索。FRP筋主要有以下几种:将FRP表面砂化，得到GFRP筋;用环氧粘连多股FRP筋制成CFRP预应力筋;对FRP筋表面进行压痕或滚花处理。

2．3FRP和传统材料结合

不同种类FRP之间或者FRP和钢筋、混凝土之间可以进行混合使用，互相取长补短，增加性能，形成新的结构体系就是FRP组合结构。主要有以下几种。

1)在FRP管中加入混凝土形成FRP－混凝土组合构件，混凝土受到FRP管的约束，FRP管还兼具模版的作用加快施工进度，且具有很强的持久性能。

2)将FRP包裹在空心钢管外，再用混凝土填充钢管和FRP，FRP用作模版，钢管用来承重，FRP和混凝土保护钢管，混凝土受到约束作用，承载能力大大提高。

3)在工程构件下部使用FRP，上部使用混凝土，形成FRP－混凝土组合梁，可以更加充分地利用FRP，但是其中保证FRP和混凝土之间连接部分是关键部分。

4)在铝合金管的外表面包覆FRP形成CFRP－铝合金组合构件，该组建可以把铝合金和FRP的质量小、强度高、耐腐蚀性强的优点充分发挥出来，并且也解决了FRP比较脆、连接困难和铝合金较难进行弹模的问题，因此具有相当广泛的应用。

3结语

综上所述，复合材料作为一种新型结构材料在土木工程中经过长久发展，已经具有非常广泛的应用，因此土木工程应不断加强复合材料的应用，充分发挥复合材料优势，促进土木工程平稳快速发展。

参考文献:

［1］李荣，滕锦光，岳清瑞．FRP材料加固混凝土结构应用的新领域———嵌入式(NSM)加固法［J］．工业建筑，2004(4)．

作者:姜越 单位:长沙麓山国际实验学校