碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在橋梁技術(shù)中的應(yīng)用與展望

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1、附錄：題目：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在橋梁技術(shù)中的應(yīng)用與展望院（系）輕紡工程系專業(yè)高分子材料加工技術(shù)屆別2012屆學(xué)號0919080102姓名汪振峰指導(dǎo)老師李云龍老師黎明職業(yè)大學(xué)2011年12月碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在橋梁技術(shù)中的應(yīng)用與展望汪振峰（黎明職業(yè)大學(xué)，福建泉州362000）摘要碳纖維復(fù)合材料(CFRP)在橋梁工程中的應(yīng)用，是目前國際土木工程領(lǐng)域研究開發(fā)的一個熱點。本文在簡述CFRP復(fù)合材料的特性和國內(nèi)外的發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，介紹了CFRP力筋在混凝土橋中的應(yīng)用情況及其對既有橋梁的加固。最后，本文還指出了CFR

2、P復(fù)合材料應(yīng)用于橋梁工程中存在的問題及其發(fā)展前景。關(guān)鍵詞復(fù)合材料；碳纖維加勁塑料(CFRP)；橋梁工程；CFRP力筋；橋梁加固1、前言我國現(xiàn)有橋梁主要存在以下問題：（1）橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)較低；（2）橋面寬度狹窄；（3）橋梁年久失修，損壞嚴(yán)重，如墩臺滑動、下沉、傾斜、凍害、變形大于計算值，支座的開裂、老化、壞死，鋼筋混凝土梁、拱有永久性嚴(yán)重變形，順主筋方向有縱向裂紋，鋼筋已嚴(yán)重銹蝕，裂紋超過規(guī)范限定值，承載能力大于25％設(shè)計要求等；（4）少數(shù)橋梁橋頭接線線形很差，影響行車安全。目前經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的公路橋梁的不適

3、應(yīng)情況也很嚴(yán)重，如美國高達(dá)20％。由于交通量的增加、車輛軸載的加大和固有標(biāo)準(zhǔn)的提高，原來設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低的橋梁已嚴(yán)重影響了汽車運輸?shù)陌l(fā)展。提高公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，由于橋梁設(shè)計荷載的提高和寬度的增加（要求主干線上的橋梁承載能力達(dá)到汽車一超20級、掛車一120或汽車一20級、掛車一100的荷載標(biāo)準(zhǔn)，橋面寬度也要有相應(yīng)的提高），以及公路局部線形的改移，使原有橋梁要么加固、要么重建，工程量甚為巨大。鑒于投資、材料和工期的緣故，不可能拆除全部舊橋進(jìn)行重建，而采取投資較少、節(jié)省材料、工期短的補(bǔ)修和加固措施，是解決以上問題的有效

4、方法。傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法為：粘鋼加固、外包鋼加固、套箍加固、植筋加固、焊接補(bǔ)筋加固、型鋼加固、化學(xué)灌漿加固、加大截面法加固、增設(shè)支點法加固、體外預(yù)應(yīng)力等技術(shù)和方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、加固處理。上述幾種方法雖然有效，但均受到一定條件的限制，存在以下缺點：對結(jié)構(gòu)的外觀及使用空間均有一定影響；施工時的濕作業(yè)和大型設(shè)備對環(huán)境和生產(chǎn)有一定影響；在有的方法中新舊兩部分的連接對原結(jié)構(gòu)有一定的損傷；加固材料易腐蝕或脫落；增加結(jié)構(gòu)物的荷重等。碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP，CarbinFibreReinforcedPlastics

5、）加固是20世紀(jì)80年代以來美、日等發(fā)達(dá)國家研發(fā)的應(yīng)用在土木工程中的新型加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，已在建筑物、橋梁、特種結(jié)構(gòu)等各種土木工程中得到廣泛而成功的應(yīng)用。我國自1997年開始對碳纖維加固混凝土等結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并已在一些工程中得到應(yīng)用，但相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用規(guī)程及施工指南在國內(nèi)尚屬空白。該方法采用同一方向排列的碳纖維織物，在常溫下用環(huán)氧樹脂膠粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)或木結(jié)構(gòu)表面，利用其緊密粘著于混凝土結(jié)構(gòu)表面，使二者作為一個新的整體，共同受力，從而達(dá)到對結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)及改善受力性能的目的，是一種非常

6、簡單而優(yōu)良的加固補(bǔ)強(qiáng)方法。CFRP具有輕質(zhì)（碳纖維加固不增加結(jié)構(gòu)物的荷重）、高強(qiáng)（強(qiáng)度超過鋼材，接近于高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋），耐腐蝕、耐疲勞、耐火、耐久性好，且施工工藝簡便快速、施工無灰塵和噪音污染，可不間斷生產(chǎn)運營，加固補(bǔ)修效果良好等優(yōu)點，因而得到工程界的日益重視。2、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基本特性碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固所采用的基本材料是高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)

7、件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面，樹脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體，共同工作。碳纖維片材：片材碳纖維材料的拉伸強(qiáng)度在（2400～3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240MPa相比，片材的拉伸強(qiáng)度很高。片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能不同，碳纖維片材依力學(xué)性能分成高模量、高強(qiáng)度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本身不會受酸堿鹽及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。配套樹脂類粘結(jié)材料

8、；混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎(chǔ)；油灰，用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關(guān)鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強(qiáng)度大于混凝土的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技