预制装配式CFRP筋预应力混凝土T梁标准设计综述

(重庆交通大学　重庆　400000)

一、引言

交通行业建设需要建设大量的桥梁涵洞，交通行业基础设施工程量巨大，只有制定一个科学合理的行业标准，才能够为交通行业的建设提供可靠的保障。交通行业同其他土木行业类似，大型和特大型工程所占比例远远小于中性工程，加大对中型工程标准的研究不仅可以提高工程整体的安全性，还可以降低建造成本和运营的成本，提高工程的持久性和耐久性。预制装配式CFRP筋预应力混凝土T梁可以参考装配式预应力简支T梁的特点，结合新材料新工艺的特点，根据之前研究的方法制定研究方法。预制装配式CFRP筋预应力混凝土T梁标准是一个非常非常大的概念，之所以做这一方面的研究是为了解决国内当前所面临的问题。

二、CFRP材料介绍

CFRP最开始由美国开始制造，1950年，美国空军基地在2000℃高温下牵引人造丝得到CFRP。1962年，日本碳素公司实现低模量聚丙烯腈基CFRP的工业化生产；1963年英国航空材料研究所开发出高模量聚丙烯腈基CFRP。CFRP筋为碳纤维复合材料，其主要组成部分包括纤维和树脂基体，纤维的体积含量约为70%～80%，通常而言，单根CFRP筋中含有十万根左右的连续纤维束。CFRP筋为脆性材料，其应力-应变关系直至破坏均为线弹性，没有明显的屈服点，纤维的破坏均为较低应变是的脆性断裂[1]。

与钢筋相比CFRP筋具有以下几种特点：抗拉强度远远超过了钢筋，与高强钢丝不相上下，并且在达到CFRP筋的极限抗拉强度之前，几乎没有塑性变形；同等直径下，其重量仅为钢材的1/7～1/5；由于CFRP筋质量轻、强度高、施工方便；抗腐蚀性能良好，尤其是用于腐蚀性较强的环境，代替传统的超强钢丝，是其最突出的优点之一；CFRP的密度仅为钢材的25%左右，比强度高，是钢材的20～50倍，有利于减轻桥梁的自重，在大跨径中尤为显著。抗剪强度低，CFRP的抗剪前度很低，通常不超过其抗拉强度的10%在将CFPR筋作预应力筋以及进行CFRP应用需要专门研制锚具等[2]。

三、国内外研究成果

我国是在90年代中后期正式开始对CFRP材料加固修复土木建筑结构进行研究的，并于1998年开始在工程中应用。从国内今年来的应用工程的项目数量来看，在桥梁领域的项目逐年增加[3]。

传统的钢筋混凝土材料普遍存在因钢筋腐蚀引起耐久性的问题，新材料的使用为解决耐久性问题提供了新的途径。美国、日本、欧洲等地正在积极开展用纤维增强聚合物取代钢筋用于增强混凝土的研究，国内的科技工作者在这个领域取得了一定的进展，有好多的成果已经运用到了实际的工程中。

CFRP材料加固桥梁具有施工方便、适应性好、耐腐蚀、几乎不增加结构自重、对原结构不会造成新的损伤等优点将会给桥梁加固修补技术带来重大变革，将为桥梁领域开辟新的产业途径、促进桥梁加固技术的进步[4]。目前，CFRP材料在桥梁加固领域已经蓬勃发展，缺点就是成本较传统钢绞线有所增加，但是随着制造工艺的进步，未来CFRP仍旧有巨大的潜力。

根据CFPR筋预应力混凝土梁，根据主筋和混凝土的接触方式分为黏结、部分黏结和无粘结三种方式[5]。在桥梁加固中一般采用体外预应力筋的方式，或者粘贴体外碳纤维布的方法，对病害位置进行处治。国内外研究者针对不同的主筋接触方式做了大量的试验，为后期CFRP筋预应力T梁标准的研究提供的参考依据。根据现有的研究成果，CFRP筋不论采用那种形式，并不能保证CFPR材料完全的利用。我们应该做的就是把前人的研究成果做一个整合，在现有的已知的方面实现最优化。

体外预应力的特点的主要优点在于：截面内只配置少量的有粘结普通钢筋，使得截面的尺寸相应的缩小，减轻结构自重。主要施工工序简单，混凝土浇筑方便，质量容易得到保证；体外预应力筋容易设置，使用期内容易检查和更换；体外预应力筋仅在锚固区和转向块处与结构相连接，摩擦损失明显减小[6]。

研究表明：仅配有全预应力CFRP筋的混凝土结构由于CFRP筋有限的极限应变使得其变形能力较差；而预应力CFRP筋和非预应力钢筋混合配筋的部分预应力结构具有良好的变形能力及较好的裂缝分布形态。完全粘结预应力CFRP筋结构虽具有较高的承载能力，但其变形性能较差；而完全无粘结CFRP筋结构能保证梁具有很好的转动能力和承载能力，但其端部锚固区的抗疲劳性能较差[7]。装配式预应力CFRP筋T梁应采用采用现有不同的结构形式，分组准备试样，保证实验样本的多样性，从而取得刚理想的试验数据。

科学的试验方法是获得试验成功的保障，获取有效的数据是去的试验结果的前提。制定试验方法之前应当充分挖掘已有的研究成果，不仅可以节约试验的成本还可以加快研究的进程提升效率。一个优秀的科研工作者不仅善于解决问题，还善于利用别人已有的科研成果。预应力CFRP筋在国内外的应用更加普遍，因此国家关于预应力CFRP筋标准化的研究应当尽快的提上日程。

四、总结

装配式结构的制造和施工具有其他结构所不具有的优点。桥梁的设计要求安全、适用、经济、美观并且有利于环保。装配式结构的运用大大加快了我国基础工程的建设，促进了交通行业的发展，不仅节约了资金而且大大加快了工程施工的速度。CFRP作为一种应用广泛的高性能材料，有必要把它应用到实际工程中。结合目前的行业情况，把预制钢筋混凝土重的预应力筋用CFRP筋代替，不仅是行业发展的必然结果还是促进交通行业绿色发展的必然选择。在未来在利用新材料和新工艺的标准化中，新的材料逐步代替旧的材料是行业发展的必然趋势。我们应答把握这样的一个机会，以及行业发展的大方向，为国家的发展出一份力。通过自己的研究取得更多的研究成果，把科研成果应用于实际的工程中，科研不仅要超越现实更要服务于现实，预制装配式CFRP筋预应力混凝土T梁标准设计研究就是把科研整合成具有对现实工程知道作用的途径。目前我所了解到CFRP筋应用中所遇到的最大的问题就是抗拉性能优越，但是抗剪性能却只有其抗拉性能的十分之一，CFRP筋锚固问题一直都是工程中所面临的首要问题。目前市场中的锚具都具有一定的局限性，不能像钢绞线锚具具有普遍的适用性。虽然CFRP筋具有各种各样的缺点，但它优异的力学性能具有其他材料难以取代的优势，还有就是随着未来技术的进步和材料的优化将会有更好的解决方案。

五、展望与思考

科学技术在发展，每一天都有新的技术诞生，对于交通行业不仅要创新，更应该把行业内比较成熟的技术制定成科学的行业标准。科学的行业标准可以促进行业健康的发展，还可以把新技术推广到实际工程中。未来装配式预应力CFRP筋混凝土T梁将会普遍的应用于桥梁中，如同今天普通钢筋混凝土一样普遍。未来不仅仅只有CFRP筋梁桥数量增加，以CFRP材料为主要结构的桥梁所占比重将会大大增加。桥梁的结构形式更加的多样化，在CFRP材料的支撑下，桥梁的跨越能力更强，抗震性和耐久性更优良。