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桥梁工程中纤维增强复合材料的应用研究论文

桥梁工程中纤维增强复合材料的应用研究论文摘要：在国内桥梁工程中，纤维增强复合材料是一种先进的加固材料，以片材、型材、棒材、混杂等形式存在。笔者从纤维增强复合材料的应用现状入手，具体分析纤维增强复合材料的特点，最后结合现状和特点，提出纤维增强复合材料在桥梁工程中的应用形式，以促进纤维增强复合材料在桥梁工程中的有效应用，同时对以后桥梁工程中纤维增强复合材料的进一步研究有所裨益。关键词：桥梁工程；复合材料；现状；应用形式桥梁工程在交通运输中发挥着重要作用，既是交通运输中的生命线，又是跨越道路障碍的一种有效方式。长期以来，桥梁工程多数采用钢铁结构或钢筋混凝土结构，但钢筋混凝土桥梁一直存在因钢筋锈蚀出现的耐久性和防腐性问题，且成本较高，自重较大，维修较难等各种问题。纤维增强复合材料是当前桥梁工程中较常见的一种结构材料，由增强材料和基体材料经物理上宏观组合而成。在性能上，即可保持原组分材料的特点，又可发挥组合后的新特性，适合应用于桥梁工程中。1.纤维增强复合材料的应用现状桥梁工程中的纤维增强复合材料是一种以纱线、纤维或织物为基体材料，以碳纤维为增强材料组合而成的复合材料。桥梁工程中纤维增强复合材料的应用研究最早始于20世纪70年代，英、美、日等国家首先将纤维增强复合材料应用于桥梁工程的主要构件中。针对这一领域的研究，我国最早始于20世纪80年代，在新建桥梁工程中，纤维增强复合材料的应用包括代替钢筋混凝土结构、建造桥梁的桥面板和横梁、制造斜拉桥的绳索或拉杆等；在已有的`桥梁工程中，纤维增强复合材料可应用于超负荷或抗震加固、桥梁有缺陷结构的修补、因桥梁结构老化、腐蚀或经火灾、地震等损坏后的修补。在桥梁工程中，纤维增强复合材料的应用日益普遍。2.纤维增强复合材料的特点与混凝土、钢材等传统结构材料相比，在材料性能上，纤维增强复合材料具有质量轻、导热性弱、线膨胀系数小，疲劳极限不明显，在桥梁裂纹出现后可经多次循环载荷等特点。纤维增强复合材料与传统材料性能详情比较见下表1，从表1中发现，纤维增强复合材料的密度为钢材的20%-25%，比强度为钢材的10-15倍，为高强度合金钢的3-5倍。在工程性能上，纤维增强复合材料具有优化设计特种载荷，减少结构静载荷、增加结构额定载荷，工程寿命长、维护成本低，无需在现场安装重型设备，施工速度快，结构的耐久性和抗断裂性能好等特点。3.纤维增强复合材料在桥梁工程中的应用形式3.1在新建桥梁工程中的应用在新建桥梁工程中，H型纤维增强复合材料形成的桥面板可用于纵向钢梁支撑，也可用于纵梁支撑，材料选择上以耐候性和耐恶劣环境较好的乙烯基酯樹脂为基体材料，E-玻璃纤维的多轴缝合织物、毡等为增强材料，并由拉挤和真空辅助树脂传递模塑两种工艺制造而成，桥面板美观，承载能力和抗变形能力均较好，有效延长桥梁工程的使用寿命。3.2在已有桥梁修补中的应用在已有桥梁修补中，拉挤带材和碳纤维补强片材是修补并加固桥面板较常用的两种纤维增强复合材料。拉挤带材采用碳纤维质地，其纵向拉伸强度超过3000MPa，模量大于150GPa，修补加固后的桥面板背部情况如下图1。碳纤维补强片材是一种半成品基材，将单向碳纤维铺放排列在含有少量树脂的玻璃纤维绢布上，形成整体，经铺贴、翻新以修补并加固桥面板的背部，具体情况如下图2所示。3.3在其他方面的应用纤维增强复合材料在人行桥的应用中较为广泛，尤其在大型起重设备无法进入或因占用铁路线引起工期受限的复杂环境下，纤维增强复合材料的应用价值尤为凸显。在众多已建成的复合材料桥梁工程中，英国的一座全复合材料人行桥尤为著名，是世界上第一座采用挤拉玻璃纤维增强复合材料修建的最长人行桥，总长113m，采用斜拉结构，已在苏格兰严酷气候条件下正常运行近24年，仍在正常运行中。4.结语纤维增强复合材料由于具有密度低、强度高、耐腐蚀性强、热膨胀系数小等特点，在桥梁工程的使用寿命上发挥关键作用。近年来对纤维增强复合材料在桥梁工程中应用的研究成果，说明纤维增强复合材料在桥梁工程上具有良好的应用前景。纤维增强复合材料为桥梁工程提供一种多功能的施工模板，和混凝土组合形成复合材料，以发挥复合材料的高强度优势，同时最大限度地减少钢材使用量。纤维增强复合材料施工模板的技术优势显著，产业化前景广阔，可带动桥梁工程技术向环保、节能、可持续的方向发展。