复合材料在土木工程中的发展与应用探究

邵非凡

（郑州市第四中学河南郑州450000）

复合材料在土木工程中的发展与应用探究

邵非凡

（郑州市第四中学河南郑州450000）

复合材料（FRP）是一种新型建筑结构材料，有着优良的力学特性及物理化学特性，在现代土木工程建设中有较广泛的应用。本文主要对复合材料在土木工程中的应用及发展情况进行系统探讨。

复合材料；土木工程；应用及发展

1 土木工程结构加固

通过十余年的发展，FRP加固技术已然成为现代土木工程结构构建中的一个相对成熟技术方式。如今，FRP应被成功越听越到各类工程结构加固中，主要有混凝土结构、钢架结构、砌体结构等，在土石结构中也有应用报道[1]。FRP最主要应用在混凝土结构加固中，具体包括这几方面。

1.1 对混凝土柱进行FRP布缠绕加固。这是最为有效的一个加固方式，就是基于约束混凝土提升结构强度及变形能力，同时可有效提升抗震、抗剪能力。研究报道，FRP布应用于混凝土柱约束效用和结构截面的形状存在密切关系，通常对于矩形截面仅仅可强化变形能力及抗剪能力，且在承载力提升上极为有限。但倘若对截面形状改成具有弧度，那么结构承载力可有效提升。

1.2 在混凝土梁及板的受拉面贴用FRP片材。该种加固方式在我国应用较为广泛，能有效提升这些部位的抗弯能力，且可有效控制结构裂缝。但是从整体加固效果看有这几方面的不足：一是FRP片材受拉力影响单单在受拉钢筋屈服后才可发挥，但是该时混凝土梁及板挠度变形会增大，所以该种加固仅是安全预防。近年来，为强化受弯加固效用，预应力法逐步进入视野。二是受弯加固提升效果和原来的配筋梁有着密切关系，并且FRP强度通常无法全面发挥。三是FRP片材应用到守弯加固中易出现剥离，影响到效果。

1.3 在混凝土梁、柱上应用ERP片材包裹。该方式效果较好，能提升构件抗剪承载力。在实际应用中，要知道提升其程度和构件的原配箍率存在关系，并片材强度通常只能发挥出20%~40%。

2 EPR筋及预应力EPR筋混凝土结构

在ERP筋的纤维量一般在60%~65%，具有质量轻，强度高的特点，且有较强的抗腐蚀、抗疲劳、低松弛等优势。应用ERP筋替代钢筋就是基于其优良的抗腐蚀性，能够有效消除锈蚀对混凝土结构的损坏，进而减少维修成本。在各类桥梁工程中，EPR筋可用来作为悬索桥和斜拉桥缆索，也可以作为预应力混凝土结构桥的预应力筋。依照加工方式差异，主要分为表层砂化处理GFPR筋、和钢绞线并在多股间应用环氧粘结CFRP预应力筋及纤维交叉编织而成的FRP筋。在上世纪90年代出，西方国家在公路桥梁工程中就开始应用ERP预应力筋，静载及动载的效果良好。

此外，应力ERP筋在岩土工程中也有一定应用。在西方发达国家，GERP的价格相对低廉，安装便捷，且具有较强的使用寿命，已被广泛应用到各类土木工程中，比如：地基锚杆、喷注混凝土筋等。我国在上世纪80年代就开展了此项研究，已取得良好成效。当前，我国已上掌握多种ERP筋、索及相关锚具的生产工艺。近年来，在ERP筋混凝土的研究中，主要包括这两个方面：一是ERP筋和混凝土间的接触界面粘结性。二是ERP筋混凝土的构件有着特殊的力学性能。

3 EPR结构类型

3.1 组合式结构

ERP的组合式结构就是把不同类型和形式的ERP产品和混凝土或者钢筋组合一起应用，以达成优势互补，进而形成一个新的结构方式。当前，主要有这机制类型：

3.1.1 ERP管混凝土。缠绕成型的ERP管内注入混凝土构成ERP管混凝土组合构件是当前最为最为合理的一个ERP--混凝土组合结构，并且ERP管不但对混凝土有着良好的约束效用，同时还能够作为模板，在一定程度上能够提升施工效率，且有较长的使用寿命，可作物结构的桩、柱乃至梁。有研究人员对ERP管混凝土结构进行了一定改进，也就是在ERP管内设ERP肋，可有效强化ERP管的局部稳定性，且可起到一定的钢筋效用，强化结构受力性。

3.1.2 ERP-钢管-混凝土组合构件。在混凝土构件中心部位设空心钢管，在外层包裹的ERP及其于钢管间注入混凝土，在实际施工中以钢管为承力骨架，ERP为模板，使钢管得到保护，混凝土局部受约束，进而提升结构的变形及承载能力，且在一定程度上能减轻构件重量。

3.1.3 ERP-混凝土组合梁。实际上基于组合效用让上部混凝土受压，而下部ERP受拉，关键问题就是确保ERP和混凝土有协同效用的剪力项连接[2]。通过组合能够让ERP材料能得到更为充分的利用，且可把轻质ERP构件看作成永久性模板，便于后续施工。

3.2 ERP全结构

基于ERP的特性，在工程结构达成承载要求同时，还要实现一定的特殊性能，而全ERPP结构有着独特优势。现阶段，在土木工程中常用的ERP结构有这几个类型：

3.2.1 ERP桥面。将ERP材料直接应用到桥梁面板中，能够有效减轻桥梁支撑及下部结构的内力，且可直接抵御外部侵蚀及荷载影响，减少维护成本。ERP桥面板是传统结构的25%~33%，倘若应用ERP桥板替代既有的混凝土桥板，能够减轻桥面结构自重，提升动载等级，延长桥面的运行寿命。

3.2.2 ERP轻质桥梁。该类桥梁的应用主要是城市中的人行天桥，其核心构件或所有构件均应用ERP材料，可让上部结构重量大幅减轻，且具有良好的景观效果，在城市市政建设中有较好应用。

3.2.3 应急ERP桥。在地震、战争等紧急情况下，对于桥梁的机动性、适应性均有较高要求，需在最短时间内架设，因而轻质化、预制化、抗腐蚀的ERP最为适用。当前，国际上均开始研究快速构建应急ERP桥，以军用为主。

[1]王孝龙,孙成蛟.纤维复合材料在土木建筑工程中的应用[J].室内设计与装修,2016,05:228.

[2]GB 50608-2010,纤维增强复合材料建设工程应用技术规范[S].