復合材料在土木工程中的發(fā)展與應用探究

邵非凡

（鄭州市第四中學河南鄭州450000）

復合材料在土木工程中的發(fā)展與應用探究

邵非凡

（鄭州市第四中學河南鄭州450000）

復合材料（FRP）是一種新型建筑結構材料，有著優(yōu)良的力學特性及物理化學特性，在現(xiàn)代土木工程建設中有較廣泛的應用。本文主要對復合材料在土木工程中的應用及發(fā)展情況進行系統(tǒng)探討。

復合材料；土木工程；應用及發(fā)展

1 土木工程結構加固

通過十余年的發(fā)展，F(xiàn)RP加固技術已然成為現(xiàn)代土木工程結構構建中的一個相對成熟技術方式。如今，F(xiàn)RP應被成功越聽越到各類工程結構加固中，主要有混凝土結構、鋼架結構、砌體結構等，在土石結構中也有應用報道[1]。FRP最主要應用在混凝土結構加固中，具體包括這幾方面。

1.1 對混凝土柱進行FRP布纏繞加固。這是最為有效的一個加固方式，就是基于約束混凝土提升結構強度及變形能力，同時可有效提升抗震、抗剪能力。研究報道，F(xiàn)RP布應用于混凝土柱約束效用和結構截面的形狀存在密切關系，通常對于矩形截面僅僅可強化變形能力及抗剪能力，且在承載力提升上極為有限。但倘若對截面形狀改成具有弧度，那么結構承載力可有效提升。

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，且可有效控制結構裂縫。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，但是該時混凝土梁及板撓度變形會增大，所以該種加固僅是安全預防。近年來，為強化受彎加固效用，預應力法逐步進入視野。二是受彎加固提升效果和原來的配筋梁有著密切關系，并且FRP強度通常無法全面發(fā)揮。三是FRP片材應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、柱上應用ERP片材包裹。該方式效果較好，能提升構件抗剪承載力。在實際應用中，要知道提升其程度和構件的原配箍率存在關系，并片材強度通常只能發(fā)揮出20%~40%。

2 EPR筋及預應力EPR筋混凝土結構

在ERP筋的纖維量一般在60%~65%，具有質量輕，強度高的特點，且有較強的抗腐蝕、抗疲勞、低松弛等優(yōu)勢。應用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混凝土結構的損壞，進而減少維修成本。在各類橋梁工程中，EPR筋可用來作為懸索橋和斜拉橋纜索，也可以作為預應力混凝土結構橋的預應力筋。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用環(huán)氧粘結CFRP預應力筋及纖維交叉編織而成的FRP筋。在上世紀90年代出，西方國家在公路橋梁工程中就開始應用ERP預應力筋，靜載及動載的效果良好。

此外，應力ERP筋在巖土工程中也有一定應用。在西方發(fā)達國家，GERP的價格相對低廉，安裝便捷，且具有較強的使用壽命，已被廣泛應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80年代就開展了此項研究，已取得良好成效。當前，我國已上掌握多種ERP筋、索及相關錨具的生產(chǎn)工藝。近年來，在ERP筋混凝土的研究中，主要包括這兩個方面：一是ERP筋和混凝土間的接觸界面粘結性。二是ERP筋混凝土的構件有著特殊的力學性能。

3 EPR結構類型

3.1 組合式結構

ERP的組合式結構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用，以達成優(yōu)勢互補，進而形成一個新的結構方式。當前，主要有這機制類型：

3.1.1 ERP管混凝土。纏繞成型的ERP管內注入混凝土構成ERP管混凝土組合構件是當前最為最為合理的一個ERP--混凝土組合結構，并且ERP管不但對混凝土有著良好的約束效用，同時還能夠作為模板，在一定程度上能夠提升施工效率，且有較長的使用壽命，可作物結構的樁、柱乃至梁。有研究人員對ERP管混凝土結構進行了一定改進，也就是在ERP管內設ERP肋，可有效強化ERP管的局部穩(wěn)定性，且可起到一定的鋼筋效用，強化結構受力性。

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

3.1.3 ERP-混凝土組合梁。實際上基于組合效用讓上部混凝土受壓，而下部ERP受拉，關鍵問題就是確保ERP和混凝土有協(xié)同效用的剪力項連接[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ERP構件看作成永久性模板，便于后續(xù)施工。

3.2 ERP全結構

基于ERP的特性，在工程結構達成承載要求同時，還要實現(xiàn)一定的特殊性能，而全ERPP結構有著獨特優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，在土木工程中常用的ERP結構有這幾個類型：

3.2.1 ERP橋面。將ERP材料直接應用到橋梁面板中，能夠有效減輕橋梁支撐及下部結構的內力，且可直接抵御外部侵蝕及荷載影響，減少維護成本。ERP橋面板是傳統(tǒng)結構的25%~33%，倘若應用ERP橋板替代既有的混凝土橋板，能夠減輕橋面結構自重，提升動載等級，延長橋面的運行壽命。

3.2.2 ERP輕質橋梁。該類橋梁的應用主要是城市中的人行天橋，其核心構件或所有構件均應用ERP材料，可讓上部結構重量大幅減輕，且具有良好的景觀效果，在城市市政建設中有較好應用。

3.2.3 應急ERP橋。在地震、戰(zhàn)爭等緊急情況下，對于橋梁的機動性、適應性均有較高要求，需在最短時間內架設，因而輕質化、預制化、抗腐蝕的ERP最為適用。當前，國際上均開始研究快速構建應急ERP橋，以軍用為主。

[1]王孝龍,孫成蛟.纖維復合材料在土木建筑工程中的應用[J].室內設計與裝修,2016,05:228.

[2]GB 50608-2010,纖維增強復合材料建設工程應用技術規(guī)范[S].