关于复合材料在土木工程中的发展与应用研究

■赵李艳 ■南昌市建筑工程技工学校，江西 南昌 330000

在当前的土木工程复合材料中，FRP 是纤维增强复合材料，是新型的结构材料，由多种性能较强的纤维和树脂组合而成。这种材料的特征是重量较轻、强度较高、成型便捷、具有较强的耐腐蚀性，发挥在土木工程中实现对传统材料混凝土和钢材的有力补充，科学合理地将土木将FRP 应用在土木工程中已经成为其重要的发展趋势。

1 对工程结构发挥的加固和补强的作用

对于复合材料的应用，主要是采取某种方式，将FRP 附着在构件的表面，达成受力状态，目的是强化原有构件的受力能力。早在上世纪八十年代，对于这种构想就进行的常识，主要是在混凝土外加贴纤维复合材料，内部带有高强度的钢丝，实现加固的目的，但是，这种方式主要的作用是增强防腐效果，实现了钢丝与混凝土的结合。发展到九十年代，碳纤维增强复合材料出现，应用在对桥梁的加固方面，促使纤维增强复合材料在加固和修复方面的影响增强，研究的范围实现了拓展，在具体的工程中得到应有，促使FRP 在修复和加固方面彰显优势。此时，我国的CFRP 加固工程出现，为新型复合材料的发展奠定的基础，当前，FRP 技术在结构加固工程中得到极大推广，发展到桥梁和建筑，涉及混凝土、地下隧道等多种形式，加固方式展现为缠绕、粘贴等多种方法。FRP 在混凝土结构中的加固形式较多，在各种结构架构中应用比较普及，其中，在钢结构加工方面的运用最为突出。

2 FRP 筋索和预应力FRP 筋混凝土结构介绍

(1)对于FRP，整个纤维的比重较大，其筋的重量较小，同时，强度较高，是常规钢筋的多倍。它在耐腐蚀方面特点突出，也是实现对钢筋有效代替的主要性能，避免出现锈蚀现象，致使结构受到破坏，也有利于节省维护费用，降低时间成本。另外，其非磁性的特征突出，能够达到相关工程的无磁性标准。FRP 索在桥梁工程中应用较多，可以发挥缆绳的作用，抑或是用作预应力筋。早在二十世纪六十年代，这种配筋就应用在混凝土的桥梁建设中，目的是借助GFRP 的性能，避免一些特殊地区的不利因素的影响，如寒冷或者沿海地区的盐蚀现象。另外，GFRP 价格不高，操作简单，耐久性强，使用比较广泛。

(2)在我国，使用较大的市FRP 筋、索产品以及配套锚夹具。在FRP 筋混凝土的研究中，主要涉及两个方面的内容，一个混凝土与筋之间粘结的问题，一旦效果不佳，加之处理方式的不同，会得到不同的粘结效果。另外一方面是在力学方面的性能，主要是鉴于FRP 筋具有弹脆性材料类型，使得其在混凝土构件受力方面与传统方式存在不同，为此，要立足不同，进行深入研究。

3 对FRP 组合结构的介绍

FRP 组合几个就是将不同类型的形式的FRP 产品与钢材或者混凝土进行结合，发挥各自最大优势，从而形成新的结构。对于FRP，鉴于性能的完善下，其可塑性较强。

3.1 FRP 管混凝土分析

将混凝土填至缠绕成型的FRP 管仲，形成混合构件，这种方式比较合理，除了发挥对混凝土约束的作用外，还可以发挥模板的作用，加快施工，提高较高的耐久性。对于FRP 管混凝土的研究比较多，深入开展对组合结构的受力等方面的探索。

3.2 FRP-钢管-混凝土组合构件的分析

在构件的中间部分设置空心的钢管，外面包FRP，之间添加混凝土，在具体施工进行中，钢管发挥的承力的作用，FRP 充当模板，钢管受到了保护，防止锈蚀的发生，变形几率降低，自重降低，

3.3 FRP-混凝土组合梁分析

FRP-混凝土组合梁分析主要是借助组合方式关键，促使上部混凝土受压，下部受拉。在组合件的作用下，材料的利用率提高，将其作为长久使用的模板，有利于施工的顺利开展。

3.4 CFRP-铝合金组合构件的分析

CFRP-铝合金组合构件是将FRP 在铝合金的外面进行包裹，以实际设计为依据，最大地发挥二者的优势，如高强、耐腐蚀等，防止脆性的发生，这种方式比较适合在大跨度的结构中使用。

3.5 FRP-木组合构件

FRP 在纤维构造方面与木材具有相似的构成，具有受力方面的特性，抗火能力不强，在实现组合之后，FRP 能够发挥增强的作用，木材发挥内部填充的功能，在力学方面达到性能最强。这种组合方式操作简单，技术成熟，有利于降低工程造价支出。

4 对全FRP 结构的介绍

鉴于FRP 在力学方面的优势，例如，耐腐蚀性、绝缘性以及隔热性，使得其在设计和优化方面优势明显，全FRP 结构具有不可替代的作用，在民用工程中应用较多。在当前的土木工程中，全FRP 结构主要分为如下几种形式。

4.1 对FRP 桥面体系的分析

以FRP 材料作为桥梁的面板，能够实现结构内力的降低，增强对环境侵蚀的抵抗能力，减少后期维护的支出。借助这种新的桥板，桥面的重量降低，使用时间增长。

4.2 对FRP 轻质桥梁的分析

对于这种轻型的桥梁，主要应用在人行天桥，几乎全部构件都采用FRP，较小了整个上部构造的重量。FRP 轻质桥梁与传统方式存在受力的不同，首先，这种桥梁承载能力强，但是刚度不大，采取变形控制的方式。其次，受力特点为线性，变形与承载成正比关系，在出现完全破坏之前，变形十分明显，呈现比较突然的状态。当前，这轻质桥梁的研究发展不大，缺少相关标准和要求。

4.3 对FRP 编制网结构的分析

这种方式的结果是以一定的标准为依据，将FRP 板条进行编织，在张拉作用下，形成一种结构体系，柔性较强。这种结构借助的是轻质的特征，比较适合于较大跨度的结构，建筑效果比较突出，适合于大型建筑。

4.4 FRP 杆间空间结构分析

在空间结构系统中应用FRP，能够实现网架结构的获取。FRP 网架结构杆件主要是由CFRP 片粘贴而成，按照不同的角度和层次，实现节点与锥头的有效连接。这种结构重量较小，施工方便，不需较长时间，具有较强的耐腐性，防止凝露的出现，维护费用不高。这种结果比较适合于环境差、跨度大的结构。

4.5 多种款式的FRP 曲面结构物

如果采用传统材料来实现不规则的建筑结构形式，需要较高的成本，但是FRP 效能较高、成本较低，有利于多样化的结构形态的需求。同时，FRP 的可设计性较强，有利于结构方面的优化。FRP 有利于弥补传统结构的不足，借助优化作用，促进结构受力的合理化，为此，FRP 是非线型建筑的理想结构物。

5 结束语

综上，随着土木工程的高速发展，虽然混凝土和钢材使用量较大、规模庞大、应用时间长，但是面对复杂的建筑环境，仍无法满足土木工程的需要。FRP 作为一种全新的复合材料，以其多样化的表现形式广泛应用在土木工程领域，应用愈加广泛，具有更加广阔的发展前景。

［1］高娜.纤维增强复合材料在土木工程中的应用［D］.西安工业大学，2012.

［2］王茜.纤维复合材料在土木建筑工程中的应用进展［J］.知识经济，2012，06∶93.