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为什么纤维增强复合材料(FRP)在土木工程学术界比较热门
时间:2019/9/7 14:28:37  浏览量:
一、FRP的概念
FRP是纤维增强复合材料的简称,该种材料是由玻璃纤维、碳纤维、阿拉米德纤维等多股连续的纤维组成。制作方法就是把胶合后的基地材料用专业的模具加压,反复拉拔而形成的复合性的玻璃型钢材,这种材料与传统材料相比有着许多的优势,例如强度高、质量轻、耐腐蚀和便于施工等特点。
该种材料由于比传统的土木工程材料有着更多优势,近年来受到各土木建筑工程的青睐。一般是应用于桥梁,各种民用建筑、海洋工程、地下工程等工程中,能同时适用于多种工程,说明FRP材料能承受多种工程的施工条件,对于现代化建筑工程事业单位发展来说有着很大的推动作用。
二、FRP的特点
由于不同纤维有着不同的化学成分,使得其特点的表现程度也不一样,常用的FRP材料例如玻璃纤维、碳纤维、阿拉米德纤维在实际应用中的特性也存在差异。
(一)抗拉性和延性方面
与钢筋相比,这三种材料有着更加明显的抗拉性,强度比钢材的50倍还强,运用该种材料在减轻自重方面有着比较明显的效果。根据相关的研究报告可以看出,在抗拉强度的范围之内抗拉,不会有着很明显的变形情况产生,也不会有不良延性的情况出现,因此可以知道该材料在抗拉性方面比较强,延性差。
(二)抗腐蚀和耐久性方面
FRP材料比钢材更耐腐蚀,能承受各种酸、碱等环境对其的侵蚀,很好的抵抗住化学物质的腐蚀,而相比之下,传统土木工程材料的抗腐蚀性能就比较差,很容易受到各种化学物质的侵蚀,不利于结构寿命的提高,而且用于维护结构的费用也比较高,尤其在高腐蚀性的状态之下,更容易使结构的寿命周期减短。而FRP材料就有着很多这方面的优势,对工程结构质量的保持有着独特的效果。
(三)自重方面
由于FRP材料的密度远远小于钢材的密度,适用于各种各样的施工条件和环境中,因此在土木工程施工的时候,为了减轻劳动的成本及劳动强度,一般来说都是采用这种材料,可以保障工程的质量,减少工程造价,而且在陈旧的建筑加固方面,运用FRP材料的优势更加凸显出来。
(四)热膨胀系数和弹性方面
该种材料在土木工程施工时需要与混凝土进行混合,混合时由于二者间的热膨胀系数接近,不会产生比较大的温差,便于混合物的凝固,在凝固后也不会因为内部温差问题产生裂缝。与此同时,该种材料与钢筋相比,具有更小的弹性模量。
(五)其他方面
FRP材料也有这一定的缺点,由于其生产加工的手续比较多,使得价格偏高,与此同时,该种材料在防火性,垂直纤维方向的强度和弹性模方面做的不够好,产品虽然具有绝缘,隔热等明显的优势部分,但是往往不能在每一个场合中都发挥出效果。
三、FRP材料在土木工程中的应用
FRP材料以其独特的优势部分而被各种各样不同类型的土木工程项目所运用,使得材料的应用场合逐渐增多。
(一)建筑工程
FRP材料从1986年起就被运用在建筑工程中,随着建筑工程业的发展,对于现代建筑工程来说,在性能设计和材料性能方面的要求提升了。在工程建设过程中,一般是用于工程结构框架的设计上,以提高建筑物的性能,美国有一座六层楼高的建筑物,这座建筑完全是由分离的玻璃纤维经过特殊的工艺加工后做成,双组分氧树脂把结构构件之间紧密粘合在一起,框架一般采用的拼接方式是多层拼接,使得所用的构件数量少于普通的拼接方式所用构件的数量,这和传统的木结构有点相似。在楼板梁的设计方面,采用的是箱形的构件,使得柱的横截面和传统的不一样,为槽型截面,这种截面在整个建筑的全过程中得到体现。
(二)岩土工程
由于FRP材料具有良好的耐腐蚀性,能抵抗各种化学环境中化学物质的侵蚀,对结构起到保护作用,因此该种材料被运用在加筋土中。一般来说,使用该种材料进行工程建设的施工单位,在掘进方式上采用盾构法,因为如果运用传统的方法进行掘进,该材料很容易就被挖断,故而采用盾构法。挡土墙、地基锚杆等的修建一般是采用玻璃纤维复合材料进行施工,是因为这种材料造价低、安装便利、耐久性强适应了这些工程对于质量方面的要求。
(三)桥梁工程
从70年代起,FRP复合材料就已经在桥梁工程中得到运用,一般是用于桥梁上的缆索,预应力筋以及整个桥梁体系之中,在运用这种材料能使桥梁的抗腐蚀、高强度、结构自重比较轻,这样一来,桥梁的抗震能力就提升了。在陈旧桥梁加固中运用该材料,能减少加工的费用,施工比较便利,而且后期再进行加固的间隔期会明显增长,这样一来,桥梁的抗弯力就得到了提升,增长了桥梁的使用寿命。
四、结语
随着经济的快速发展,土木工程事业的迅速发展壮大,FRP材料的市场需求也会越来越大。FRP材料的技术水平会得到大幅度提升,产业化进程也会逐渐加快,并运用于土木工程的各个方面,这将会带来巨大的经济效益,社会效益也会提升。为了更好的运用这种新材料,相关研究单位还需要对该材料性能的提升做出深入的研究。