摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土木工程取得較大程度上的進(jìn)步，面對(duì)技術(shù)的不斷更新，尤其是面對(duì)新材料和新技術(shù)的出現(xiàn)，復(fù)合材料在整個(gè)土木工程中的應(yīng)用愈加廣泛，是當(dāng)前土木工程的新的發(fā)展趨勢(shì)。本文主要對(duì)復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；土木工程；應(yīng)用

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（ Fiber Reinforced Polymer，F(xiàn)RP） 是近 20 年來(lái)在土木工程中發(fā)展起來(lái)的一類新型結(jié)構(gòu)材料，由碳纖維、玻璃纖維、芳綸、玄武巖纖維等高性能纖維與樹脂基體混合，經(jīng)過(guò)一定的加工工藝復(fù)合而成，并由此形成了一系列的新型結(jié)構(gòu)技術(shù)。 FRP 具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、施工成型方便、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，使其逐漸在土木工程中成為混凝土、鋼材等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的重要補(bǔ)充，合理地將 FRP 應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)物中已經(jīng)成為土木工程發(fā)展的一個(gè)重要方向。

FRP也就是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，它有著較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，在上世紀(jì)的五六十年代，人們進(jìn)行了一種嘗試，那就是在民用建筑中運(yùn)用 FRP，在 1961 年的時(shí)候，英國(guó)斯梅西克的一座教堂尖頂就運(yùn)用了玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，隨后利物浦也建立了一座利用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為連續(xù)梁的人行天橋。而我國(guó)則是在二十世紀(jì)五十年代末才開(kāi)始嘗試將玻璃纖維束應(yīng)用與混凝土構(gòu)件中，到了七八十年代，才開(kāi)始在結(jié)構(gòu)工程中大量應(yīng)用和研究纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

1.對(duì)工程結(jié)構(gòu)發(fā)揮的加固和補(bǔ)強(qiáng)的作用

復(fù)合材料在各方面的應(yīng)用主要是利用各種方法將 FRP 附著在構(gòu)件表面受力，這樣就可以讓原有構(gòu)件的受力性能得到有效增強(qiáng)。在上個(gè)世紀(jì)八十年代的時(shí)候，我國(guó)就曾嘗試在工程實(shí)踐中運(yùn)用混凝土結(jié)構(gòu)外貼玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料內(nèi)夾高強(qiáng)鋼絲的加固方法，但是主要目的就是為了起到防腐作用，同時(shí)將鋼絲和混凝土結(jié)合在一起，所以這種嘗試并沒(méi)有加以廣泛推廣。而在九十年代初，利用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)瑞士的多跨連續(xù)箱形梁橋進(jìn)行了加固并獲得成功后，使得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的加固結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)得到大范圍的研究，并也得到了快速發(fā)展，并大量應(yīng)用于實(shí)際的工程中，同時(shí)也是不斷地實(shí)踐中驗(yàn)證了FRP 加固技術(shù)在修復(fù)加固已被損壞的工程結(jié)構(gòu)中所具有的優(yōu)越性。在我國(guó)，第一項(xiàng) CFRP 加固工程的成功完成是在 1998 年，開(kāi)辟了我國(guó) FRP 的發(fā)展道路，隨之該技術(shù)也在一些重大工程中得到了應(yīng)用，尤其是在汶川大地震后，F(xiàn)RP 加固技術(shù)更是為建筑重建以及加固修復(fù)震損結(jié)構(gòu)提供了大力支持。目前，F(xiàn)RP已經(jīng)在各類型結(jié)構(gòu)加固中得到了成功運(yùn)用，例如鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等方面，并且其涉及領(lǐng)域不僅包括橋梁和建筑結(jié)構(gòu)，還包括水工結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)以及隧道等。其主要加固形式包括 FRP 布纏繞加固混凝土柱、將 FRP 片材粘貼在梁、板手拉面以及利用 FRP 片材包裹或者 U 形箍包裹梁、柱構(gòu)件。當(dāng)前FRP 在混凝土結(jié)構(gòu)加固方面應(yīng)用較多，同時(shí)在鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)以及砌體結(jié)構(gòu)加固方面也有較多的應(yīng)用與研究，其中 FRP在鋼結(jié)構(gòu)加固方面的運(yùn)用正在成為 FRP 研究的重點(diǎn)。

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

對(duì)于 FRP，整個(gè)纖維的比重較大，其筋的重量較小，同時(shí)，強(qiáng)度較高，是常規(guī)鋼筋的多倍。它在耐腐蝕方面特點(diǎn)突出，也是實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋有效代替的主要性能，避免出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，致使結(jié)構(gòu)受到破壞，也有利于節(jié)省維護(hù)費(fèi)用，降低時(shí)間成本。另外，其非磁性的特征突出，能夠達(dá)到相關(guān)工程的無(wú)磁性標(biāo)準(zhǔn)。FRP 索在橋梁工程中應(yīng)用較多，可以發(fā)揮纜繩的作用，抑或是用作預(yù)應(yīng)力筋。早在二十世紀(jì)六十年代，這種配筋就應(yīng)用在混凝土的橋梁建設(shè)中，目的是借助 GFRP 的性能，避免一些特殊地區(qū)的不利因素的影響，如寒冷或者沿海地區(qū)的鹽蝕現(xiàn)象。另外， GF RP 價(jià)格不高，操作簡(jiǎn)單，耐久性強(qiáng)，使用比較廣泛。

2.1在梁、板受拉面粘貼 FRP 片材，提高其抗彎承載力，并可使裂縫得到有效控制。這種加固形式在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多，但從加固效果來(lái)看存在以下一些問(wèn)題： ①FRP 片材的受拉作用只是在受拉鋼筋屈服以后才能得到有效發(fā)揮，而此時(shí)梁和板的撓度變形一般已很大，因此 FRP 片材用于受彎加固只能作為一種安全儲(chǔ)備。為了提高受彎加固效果，近年來(lái)已有研究采用預(yù)應(yīng)力方法； ②受彎加固提高程度與原配筋梁有很大關(guān)系，且 FRP 的強(qiáng)度一般不能得到充分利用； ③FRP 片材用于受彎加固時(shí)易產(chǎn)生剝離破壞，應(yīng)充分注意采取抗剝離的構(gòu)造措施； （ 3） 對(duì)梁、柱構(gòu)件采用 FRP 片材包裹或 U 形箍包裹，提高其抗剪承載力。這種加固形式也較為有效，不過(guò)同樣需注意其提高程度與構(gòu)件原配箍率有關(guān)，且 F RP 片材強(qiáng)度的發(fā)揮一般只有 20% ～ 40%。

除用于混凝土結(jié)構(gòu)加固外，F(xiàn)RP 加固砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)都得到了較多的研究。其中 FRP加固砌體結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中得到了較多的應(yīng)用，F(xiàn)RP 加固鋼結(jié)構(gòu)正在逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

3.對(duì)FRP組合結(jié)構(gòu)的介紹

FRP 組合幾個(gè)就是將不同類型的形式的 FRP 產(chǎn)品與鋼材或者混凝土進(jìn)行結(jié)合，發(fā)揮各自最大優(yōu)勢(shì)，從而形成新的結(jié)構(gòu)。對(duì)于 FRP，鑒于性能的完善下，其可塑性較強(qiáng)。

3.1FRP管混凝土分析

將混凝土填至纏繞成型的 FRP 管仲，形成混合構(gòu)件，這種方式比較合理，除了發(fā)揮對(duì)混凝土約束的作用外，還可以發(fā)揮模板的作用，加快施工，提高較高的耐久性。對(duì)于 FRP 管混凝土的研究比較多，深入開(kāi)展對(duì)組合結(jié)構(gòu)的受力等方面的探索。

3.2 FRP-混凝土組合梁

FRP-混凝土組合梁，通過(guò)組合作用使上部的混凝土受壓，下部 FR P 受拉，其關(guān)鍵問(wèn)題是保證 FRP與混凝土協(xié)同工作的剪力連接件。經(jīng)過(guò)組合使 FRP材料的利用更加充分，而且可以將輕質(zhì)的 FRP 構(gòu)件作為永久性模板，方便施工。關(guān)于 FRP 組合梁和FRP 組合板的研究在各國(guó)都有開(kāi)展。

3.3FRP-木組合構(gòu)件

FRP 與木材有類似的纖維構(gòu)造形式，都具有各向異性的受力特點(diǎn)，都有抗火性能較差的不足，但兩者進(jìn)行合理組合后，F(xiàn)RP 充當(dāng)構(gòu)件中的增強(qiáng)部分，木材充當(dāng)填充部分，從而實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)越的力學(xué)性能。FRP-木組合構(gòu)件在加工中也非常方便，采用成熟的技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)。

FRP 組合結(jié)構(gòu)相對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在耐腐蝕、輕量化等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)相對(duì)全 FRP 結(jié)構(gòu)在受力方面可避免脆性破壞，且降低了造價(jià)，因此具有顯著的優(yōu)勢(shì)。目前世界各國(guó)的研究者都在不斷的應(yīng)用FRP 與各種結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行組合以實(shí)現(xiàn)新型結(jié)構(gòu)構(gòu)件，乃至結(jié)構(gòu)體系。

結(jié)束語(yǔ)

本文從一些工程實(shí)例出發(fā)對(duì)復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其新進(jìn)展作了一概述，并提出所需解決的問(wèn)題.未來(lái)的社會(huì)是復(fù)合材料的社會(huì)， 隨著人們對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能研究的深入， 以及在土木工程中對(duì)復(fù)合材料作為外包結(jié)構(gòu)修復(fù)、加固、翻新原有結(jié)構(gòu)和全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料用于結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件研究的深入， 將會(huì)制定出有效的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、力學(xué)測(cè)試方法和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則？在不影響環(huán)境的前提下力求達(dá)到提高結(jié)構(gòu)運(yùn)行能力、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命、降低建筑投資成本的目標(biāo)， 對(duì)復(fù)合材料的研究必將帶來(lái)土木工程的一場(chǎng)革命。

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作者簡(jiǎn)介；潘宗林，民族蒙古，性別男，助理工程師 21138 11979 11149612。