复合材料在土木工程中的发展与应用_冯鹏

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1、2014年第9期玻璃钢/复合材料99复合材料在土木工程中的发展与应用冯鹏(清华大学土木工程系，北京100084)摘要:纤维增强复合材料(FiberＲeinforcedPolymer，FＲP)作为土木工程中一类新型结构材料，以其优异的力学及物理、化学特性，逐渐成为土木工程中传统材料的重要补充。本文介绍了土木工程中FＲP加固结构、FＲP筋索和预应力FＲP筋混凝土结构、FＲP组合结构以及全FＲP结构的应用与发展，并介绍了我国土木工程应

2、用FＲP的标准规范体系的建立情况，以期促进FＲP复合材料在土木工程中快速、有序的深入发展。关键词:纤维增强复合材料;结构加固;组合结构;全FＲP结构;标准规范中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1003－0999(2014)09－0099－061引言美国北岭地震和日本阪神地震后的加固修复中显示［1］纤维增强复合材料(FiberＲeinforcedPolymer，出突出的优势，从而被工程界认可，开始广泛应用FＲP)是近20年来在土木工程中发展起来的一类新于各类土木与建筑结构工程中。到本世纪初，世界［9～16］型结构

3、材料，由碳纤维、玻璃纤维、芳纶、玄武岩纤维各国都编制了FＲP土木工程应用的技术规范，等高性能纤维与树脂基体混合，经过一定的加工工从而使其成为一类新的土木工程材料。据估算，近艺复合而成，并由此形成了一系列的新型结构技术。年我国土木工程用复合材料的纤维用量超过2000FＲP具有轻质、高强、施工成型方便、耐腐蚀等优点，吨/年，其中碳纤维约为1500吨/年，玻璃纤维约为使其逐渐在土木工程中成为混凝土、钢材等传统结800吨/年，这一数字还在不断增长中。构材料的重要补充，合理地将FＲP应用于各类结构本文将介绍当前我国的复合材料在土木工

4、程中［1～4］物中已经成为土木工程发展的一个重要方向。发展与应用情况，并对未来的发展趋势进行展望。上世纪五、六十年代FＲP就被尝试用于民用建筑中。1961年，英国Smethwick的一座教堂的尖顶2应用与研究现状［5］采用了GFＲP;1970年，英国Liverpool建成了一座目前FＲP在土木工程中的应用，按照形式可分［6］GFＲP连续梁的人行天桥，跨径10m，宽1.5m。它为四大类:应用FＲP进行工程结构加固补强、应用们分别为文献记载中较早将FＲP应用于建筑和桥FＲP筋和索替代钢筋和钢索、应用FＲP与传统材料梁结构中的实

5、例，这些结构都是手糊工艺制成。我组合和直接应用全FＲP结构建造工程结构。国1958年就开始探索在混凝土构件中用玻璃纤维2.1工程结构加固补强［6］束代替钢筋，到七、八十年代FＲP在结构工程中将FＲP通过各种方式附着在构件表面受力，可的应用与研究逐渐增多:1972年在云南建造了一个以增强原有构件的受力性能。在20世纪80年代，［7］直径为44m的球形GFＲP雷达天线罩;1982年在我国的工程实践中就曾尝试过混凝土结构外贴北京密云建成一座跨径20.7m的GFＲP蜂窝箱梁公GFＲP内夹高强钢丝加固方法，但主要是用于防腐路桥，设计

6、荷载等级为汽-15、挂-80，该桥为世界上并使钢丝与混凝土共同工作，并没有得到广泛推广。［7］第一座FＲP公路桥。FＲP大规模应用与土木工而Meier等人对CFＲP板代替钢板加固混凝土结构程中始于结构加固:1991年，瑞士联邦实验室的的技术进行了系统的研究，并在1991年用CFＲP板［8］Meier教授对FＲP板加固混凝土结构技术进行了系成功地加固了瑞士的Ibach桥。此后，FＲP加固［8］统研究，并在Ibach桥上进行了应用;这项技术在结构修复技术的研究在欧洲、日本、美国和加拿大等收稿日期:2014-09-02基金项目:

7、973计划资助项目(2012CB026200);清华大学基础研究基金资助项目(2011Z02141);863计划资助项目(2012AA03A204);国家自然科学基金资助项目(50238030，50978149)作者简介:冯鹏(1977-)，博士，教授，主要从事土木工程新型结构及新材料结构技术与理论研究。注:本文特为中国玻璃钢/复合材料学术发展回顾与展望活动交流撰写，部分内容曾在《土木工程学报》上发表。FＲP/CM2014.No.9100复合材料在土木工程中的发展与应用2014年9月

8、国得到迅猛发展，并在工程得到较多的实际应用。分利用;③FＲP片材用于受弯加固时易产生剥离破特别是在美国北岭地震和日本阪神地震后，FＲP加坏，应充分注意采取抗剥离的构造措施;固技术的优越性在被损坏工程结构的修复加固中得(3)对梁、柱构件采用FＲP片材