Армированный волокном полимер(FRP)-это новый тип материала, который в последние годы используется в области гражданского строительства. Технология FRP широко используется в области гражданского строительства. В этой статье подробно представлены типы и физические свойства материалов FRP, обычно используемых в области армирования гражданского строительства. Проанализированы преимущества и недостатки соответствующей технологии армирования, а также внедрено применение и развитие технологии армирования FRP в стране и за рубежом.

В последние годы, с быстрым развитием социально-экономического уровня Китая, люди все чаще требуют использования зданий, использование все более и более сложных. Необходимо принимать меры по усилению зданий, когда функциональные требования зданий изменены или конструктивный дизайн пренебрегается. Усиление зданий может быть сохранено или увеличено при очень низких затратах, чтобы обеспечить функцию использования зданий. С 60-х годов прошлого века люди начали использовать стальные листы с внешней связью для усиления бетонных конструкций. Хотя этот метод имеет низкую стоимость и прост в эксплуатации, у этого метода есть много недостатков.

(1) собственный вес стали большой, что увеличивает нагрузку на здания.

(2) влияние на красоту зданий иногда может иметь большое влияние на их использование.

(3) коррозионная стойкость стали плохая, а долгосрочное воздействие на окружающую среду легко ржавеет, что ослабляет его усиливающий эффект, особенно в промышленных зданиях.

(4) технология строительства сложна, а цикл строительства длинный, поэтому необходимо прекратить использование зданий во время строительства, что оказывает определенное влияние на нормальное производство и срок службы.

С 1990-х годов листы из армированного волокном пластика (FRP) постепенно заменяют стальные пластины для усиления бетонных конструкций из-за их превосходных физико-механических свойств (высокая прочность, легкий вес, коррозионная стойкость) и простоты эксплуатации. Эта новая технология армирования преодолевает недостатки традиционных методов.

Виды и характеристики

Материалы FRP, обычно используемые в строительной области, в основном включают углеродное волокно (CFRP), стекловолокно (GFRP) и арамидное волокно (AFRP). Физико-механические свойства этих видов волокнистых материалов очень превосходят, такие как соотношение прочности на разрыв и удельного веса, то есть то, что мы называем «удельной прочностью», в десятки раз больше стали, легкие и высокопрочные характеристики очень заметны. Отношение модуля упругости при растяжении к удельному весу, которое мы называем «удельным модулем упругости», выше, чем у стали. Уплотненный модуль углепластика в 10 раз больше, чем у стали, а удельная упругости углепластика в 2 ~ 3 раза больше, чем у стали. В дополнение к вышеупомянутым категориям, существует гибридное волокно (HFRP), которое изготовлено из двух или более различных волокон, различной матрицы, различных форм волокнистых материалов. Гибридное волокно обладает преимуществами обоих компонентов.

Короче говоря, по сравнению с традиционными арматурными материалами, такими как сталь, материалы FRP имеют очевидные преимущества, которые воплощены в следующих аспектах:

(1) удельная прочность выше, то есть она имеет характеристики света и высокой прочности. По сравнению с традиционной стальной арматурой, материал FRP может эффективно снизить собственный вес конструкции.

(2) стойкость к действию кислот, сопротивление алкалиа, сопротивление влаги и сопротивление усталости.

(3) Сильная конструкция за счет использования различных типов волокнистых материалов, содержания и направления укладки для разработки различных показателей прочности, модуля упругости и других специальных требований к производительности изделий из стеклопластика для удовлетворения потребностей под разными углами;

(4) он имеет хорошее линейное упругое свойство, а кривая напряжение-деформация близка к линейной упругости.

(5) Благодаря преимуществам легкой обработки, транспортировки и хранения, формовочные изделия из стеклопластика также особенно подходят для промышленного строительства, что значительно улучшает качество проектов усиления, повышает эффективность труда и индустриализацию строительства.

Тем не менее, материалы FRP также имеют свои недостатки. Например, анизотропия материалов приводит к неравномерным механическим свойствам, низкий модуль упругости и плохая огнестойкость также ограничивают его применение.

Применение материалов FRP в гражданском машиностроении

Как конструкционные материалы

В 1942 году ВМС США впервые использовали материал GFRP для изготовления ободков, что было первым разом, когда FRP использовался в качестве конструкционного материала. В 50-х и 60-х годах двадцатого века применение FRP постепенно переместилось в область гражданского строительства. В 1961 году британские инженеры использовали GFRP, чтобы сделать шпиль новой церкви. В 1968 году британские инженеры использовали плиты GFRP и алюминиевые каркасы для строительства изогнутой крыши здания в портовом городе из-за высокого содержания хлоридов в воздухе, что вызвало большую коррозию здания. В 1971 году в Ливерпуле, Англия, был построен сплошной балочный мост GFRP с пролетом 10 метров и шириной 1,5 метра.

Изучение FRP началось в конце 50-х годов прошлого века. В 1958 году некоторые ученые изучали использование пучков стекловолокна вместо арматурных стержней в бетонных компонентах. В 70-х и 80-х годах двадцатого века FRP все больше и больше использовался в строительных конструкциях. Сферический обтекатель, построенный где-то в провинции Юньнань в 1972 году (отложите страницу 202) (верхняя страница 184), полностью изготовлен из материала GFRP. В 1982, мост шоссе балки сота ГФРП был построен в Пекине. Длина моста составляет 20,7 метра. Это первый в мире автодорожный мост, построенный из материала FRP. С тех пор все больше и больше применений FRP в строительных конструкциях были применены. Тем не менее, подавляющее большинство экземпляров приложений подключены к FRP-приложениям, временным компонентам, является пробной.

В последние годы, с непрерывным обновлением и развитием технологии производства материалов FRP, его применение в области строительных конструкций все более и более широко. До сих пор материалы FRP, такие как строительные конструкции FRP, мостовые конструкции FRP и другие приложения в области гражданского строительства, можно увидеть повсюду в стране.

Как строительный армирующий материал

Структура основных компонентов стресса с использованием материалов FRP, в снижении структурного веса преимуществ очень заметных. Тем не менее, стоимость крупномасштабных компонентов FRP, производимых существующими производственными процессами, высока, поэтому маловероятно, что традиционные строительные материалы будут заменены материалами FRP на большой площади за короткое время. В последние десятилетия, после нескольких крупных землетрясений по всему миру, все больше и больше строительных конструкций нуждаются в ремонте и укреплении, а традиционные методы усиления имеют проблемы, которые трудно преодолеть. Это обеспечивает хорошую инженерную основу для технологии армирования строительных конструкций материалами FRP. В настоящее время исследования и применение материалов FRP в области структурной арматуры стали исследовательской точкой в академических кругах. В начале 1980-х годов Япония взяла на себя инициативу в использовании материалов FRP для усиления старых зданий, особенно сейсмических характеристик старых зданий. В 90-х годах прошлого века развитые страны Европы и Америки последовательно проводили исследования по технологии армирования FRP. Соединенные Штаты взяли на себя ведущую роль в применении стеклопластика для укрепления и укрепления мостовой палубы. В Европе Швейцария и Германия впервые провели исследование сейсмических характеристик железобетонных колонн, усиленных материалами FRP. Великобритания, Италия, Голландия и другие страны также осуществили обширные совместные исследовательские планы для технологии армирования FRP. До сих пор использование технологии армирования FRP в Европе, США, Японии и других развитых странах почти созрело и сформировало свои собственные критерии проектирования и строительства.

Технология ремонта железобетонных конструкций из углеродного волокна в Китае началась в 90-х годах прошлого века. Однако с 1997 года отечественные университеты и научно-исследовательские институты также активно проводят соответствующую научно-исследовательскую работу и достигли плодотворных результатов исследований. Китайская академия архитектурных наук и другие связанные теории и методы укрепления бетонных конструкций из стеклопластика систематически изучаются. Университет Цинхуа провел детальное и углубленное исследование несущей способности и влияющих факторов различных конструкций, усиленных углепластиком. Юго-восточный университет, Университет науки и техники Хуачжун и так далее проводили исследования по бетонному каркасному соединению стальной арматуры и несущей способности сдвига, предложили формулу расчета несущей способности. Механические свойства FRP железобетонных заполненных стальных трубчатых колонн были изучены в Шеньянском строительном университете.

Резюме

С развитием технологий новый метод армирования FRP развился от армирования и ремонта промышленных и гражданских зданий до армирования и ремонта мостов, туннелей, проектов водного хозяйства и других специальных сооружений. Материал FRP имеет очень широкую перспективу применения в области армирования гражданского строительства, но в базовой теории и методе проектирования армирования FRP строительной конструкции все еще есть много недостатков, и научно-исследовательская работа в этой области должна быть сильной. Однако, как новый материал, материал FRP нельзя игнорировать в поле подкрепления структуры здания, и он будет больше и больше широко использован в поле подкрепления гражданского строительства.