復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用

杜光

摘要：土木工程涉及范圍較廣，在施工建造過程中，為達(dá)到預(yù)期的設(shè)計效果，將復(fù)合材料有效的融入其中是促進(jìn)建筑設(shè)計多樣化的必然趨勢，一方面能夠?qū)ν聊竟こ炭傮w質(zhì)量進(jìn)行進(jìn)一步強化，另一方面也可有效降低外部環(huán)境對土木工程建筑的影響，是提高土木工程應(yīng)用效果的有效途徑。因此本文就復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用展開探究，并總結(jié)出符合材料的主要優(yōu)勢及在土木工程中的應(yīng)用效果與發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 土木工程 發(fā)展 應(yīng)用

近年來，土木工程技術(shù)的不斷成熟使更多高新技術(shù)材料有效的融入到土木工程建筑中，對于提高工程質(zhì)量與使用年限有著重要作用。復(fù)合材料是目前應(yīng)用最為廣泛的土木工程材料，主要以用途廣泛、穩(wěn)定性強及易于維護(hù)管理著稱。在現(xiàn)有的多種土木工程中，復(fù)合材料在工程建筑中占有較大比重，是建筑建造不可或缺的重要材料之一。

一、對工程結(jié)構(gòu)發(fā)揮的加固和補強的作用

早在上世紀(jì)九十年代，碳纖維增強復(fù)合材料出現(xiàn)，應(yīng)用在對橋梁的加固方面，促使纖維增強復(fù)合材料在加固和修復(fù)方面的影響增強，研究的范圍實現(xiàn)了拓展，在具體的工程中得到應(yīng)有，促使FRP在修復(fù)和加固方面彰顯優(yōu)勢。此時，我國的CFRP加固工程出現(xiàn)，為新型復(fù)合材料的發(fā)展奠定的基礎(chǔ)，當(dāng)前，F(xiàn)RP技術(shù)在結(jié)構(gòu)加固工程中得到極大推廣，發(fā)展到橋梁和建筑，涉及混凝土、地下隧道等多種形式，加固方式展現(xiàn)為纏繞、粘貼等多種方法。FRP在混凝土結(jié)構(gòu)中的加固形式較多，在各種結(jié)構(gòu)架構(gòu)中應(yīng)用比較普及，其中，在鋼結(jié)構(gòu)加工方面的運用最為突出。

二、FRP筋索和預(yù)應(yīng)力FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)介紹

（一）FRP的主要優(yōu)勢在于能夠使用更少的材料達(dá)到更好的效果，F(xiàn)RP材料普遍具有強度高、重量輕及穩(wěn)定性好等特點，在使用過程，也不易遭到環(huán)境與建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕及影響，是現(xiàn)有安全性最高的建筑材料之一。在成本方面，F(xiàn)RP材料也具有極為明顯的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，F(xiàn)RP強度更高，即使受到外部環(huán)境的高壓沖擊，仍能保持相對穩(wěn)定的形態(tài)，同時便于維護(hù)，即便大量應(yīng)用，使用成本也低于傳統(tǒng)鋼筋混凝土材料。

（二）雖然在實用性方面，F(xiàn)RP具有明顯優(yōu)勢，但在混凝土與筋粘結(jié)方面，仍存在部分技術(shù)問題，一旦在粘結(jié)過程中，材料產(chǎn)生一定程度的性狀改變，即可能無法達(dá)到預(yù)期的建筑設(shè)計效果。同時受力學(xué)構(gòu)造影響，在結(jié)構(gòu)力學(xué)承壓方面，F(xiàn)RP與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)也存在著本質(zhì)上的差別，如承壓面積與位置發(fā)生改變，則會增加FRP材料的彈脆性，所以需要根據(jù)實際的工程需要在設(shè)計方面深入研究。

三、對FRP組合結(jié)構(gòu)的介紹

（一）FRP管混凝土分析

FRP管混凝土主要是對混凝土結(jié)構(gòu)形成一種約束作用，使其穩(wěn)定性得到有效提升。一方面能夠提升工程施工基本效率，加快施工進(jìn)度。另一方面還可將其作為模板進(jìn)行使用，讓工程建筑質(zhì)量與建筑使用年限得到進(jìn)一步提升。

（二）FRP一鋼管一混凝土組合構(gòu)件的分析

鋼管可作為FRP與混凝土間的主要載體，以便于在施工過程中，可充分發(fā)揮FRP模板的基本作用，不僅能夠降低生銹的可能性，同時有效降低其基本重量，使材料性狀更穩(wěn)定，不易在使用過程中產(chǎn)生變形的情況。

（三）FRP一混凝土組合粱分析

FPR一混凝土組合梁利用混凝土拉力優(yōu)勢提高穩(wěn)定勢能，所以在使用過程中，該材料可有效的利用于模板中，對于進(jìn)一步提升組合件應(yīng)用效果有一定的作用。

（四）CFRP一鋁合金組合構(gòu)件的分析

CFRP的設(shè)計初衷主要是使FRP材料在使用過程中，降低其脆彈性，讓其能夠發(fā)揮出高強度與耐腐蝕等方面優(yōu)勢，以此一方面確保FRP在土木工程中的穩(wěn)定性，另一方面有效增加FRP材料的適用性。

（五）FRP一木組合構(gòu)件

FRP一木組合構(gòu)件在特性方面與木質(zhì)材料有一定的相同性，雖然該組合在操作方面具有較強的便捷性，但燃點相對較低，一旦遇高溫環(huán)境，即降低了其構(gòu)件使用的安全系數(shù)，因而該材料在使用過程中，主要用于增強結(jié)構(gòu)強度與節(jié)約工程成本。

四、對全FRP結(jié)構(gòu)的介紹

鑒于FRP在力學(xué)方面的優(yōu)勢，例如，耐腐蝕性、絕緣性以及隔熱性，使得其在設(shè)計和優(yōu)化方面優(yōu)勢明顯，全FRP結(jié)構(gòu)具有不可替代的作用，在民用工程中應(yīng)用較多。在當(dāng)前的土木工程中，全FRP結(jié)構(gòu)主要分為如下幾種形式。

（一）對FRP橋面體系的分析

以FRP材料為基礎(chǔ)，將材料結(jié)構(gòu)作為重力承壓組，以確保在使用過程中，材料能夠避免受到環(huán)境及其余各方面的影響，同時可有效降低后期的維護(hù)成本，在質(zhì)量與使用年限方面均能得到顯著提升。

（二）對FRP輕質(zhì)橋梁的分析

FRP輕質(zhì)橋梁利用降低橋梁重力的方式來降低橋梁的基本受力，繼而為橋梁提供更多的作用力與承載力，該材料結(jié)構(gòu)承壓方向與傳統(tǒng)材料有較大差異。雖然可在較大程度上實現(xiàn)橋梁的多用途與輕量化，但其穩(wěn)定差與受外部環(huán)境影響嚴(yán)重等問題，仍然需要在橋梁建筑中得以有效的解決，同時由于目前尚未對其形成統(tǒng)一的應(yīng)用與建筑標(biāo)準(zhǔn)，因此研究應(yīng)用效果難以符合預(yù)期項目規(guī)劃要求。

（三）對FRP編制網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析

該材料結(jié)構(gòu)具有柔韌性強的基本特點，在實際使用過程中，即使受到高強度拉伸，也不易產(chǎn)生裂痕等問題，就安全性而言，優(yōu)于多種FRP結(jié)構(gòu)材料。在跨度較大的大型橋梁中，F(xiàn)RP編制網(wǎng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍較為廣泛。

（四）FRP桿間空間結(jié)構(gòu)分析

目前，F(xiàn)RP桿間空間結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于環(huán)境惡劣的土木工程中，同時對跨度相對較大的橋梁也具有較好的應(yīng)用效果。該結(jié)構(gòu)外部主要以采用CFRP材料為主，通過節(jié)點與錐頭的連接，來達(dá)到重量輕、耐腐蝕及施工街便捷的目的。該結(jié)構(gòu)在工程成本控制方面也具有一定的優(yōu)勢。

（五）多種款式的FRP曲面結(jié)構(gòu)物

該種類FRP是多種結(jié)構(gòu)材料中，穩(wěn)定性最好及應(yīng)用效能最高的結(jié)構(gòu)物，在促進(jìn)橋梁多元化發(fā)展與提高橋梁可塑性方面，均有著難以替代的優(yōu)勢。在使用過程中，由于其優(yōu)化設(shè)計相對合理，使其成本控制在相對較低的標(biāo)準(zhǔn)中，在非線型建筑中成為應(yīng)用的主流。

五、結(jié)語

復(fù)合材料在土木工程建筑中優(yōu)勢明顯，受其基本特性影響，復(fù)合材料能夠有效適應(yīng)不同的建筑環(huán)境，并在工程實際應(yīng)用中提高工程質(zhì)量與安全穩(wěn)定性，繼而使工程建筑達(dá)到預(yù)期的設(shè)計效果。復(fù)合材料在使用過程中，不易受到環(huán)境與其余外部因素的腐蝕，同時具有較強的耐磨性，在較大程度上提升了建筑工程的經(jīng)濟效益與社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭祥.淺析FRP復(fù)合材料在土木工程中的實踐效果[J].四川水泥，2014，（11）.

（作者單位：長春建設(shè)集團(tuán)股份有限公司）