桥梁结构用cfrp筋研究现状与未来展望

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1、桥梁结构用CFRP筋研究现状与未来展望　　【摘要】近年来，碳纤维增强复合材料（CFRP）作为新一代高性能结构材料在交通领域获得了长足的发展。文章就此综述了国内外针对CFRP作为桥梁等建筑结构预应力筋和斜拉索等的研究和工程化情况。探讨了近年来新建CFRP梁桥和CFRP缆索承重桥梁取得的新进展，并对当前产业发展中存在的问题和未来发展趋势进行了分析。　　【关键词】碳纤维增强复合材料预应力筋斜拉索　　【Abstract】Asanewkindofhighperformancestructuralmaterials，carbonfiberreinf

2、orcedpolymer/plastic（CFRP）hasobtainedrapiddevelopmentinthefieldoftransportationinthepastfewyears.ThepaperreviewedthecurrentdevelopmentsontheresearchandindustrializationprograssofCFRPinthefieldofprestressedtendonsandstayed-cablesofbridgeetc.architecturalstructures.Sometyp

3、icalstrcuturesusingCFRPreinforcedbeamsorCFRPcableshavealsobeenexploredaswellastheproblemsandfuturedevelopmentofthisadvancedmaterials.　　【Keywords】CFRP；Prestressedtendons；Tayed-cable14　　在现代桥梁技术中，预应力桥梁因其优越的结构性能、跨越能力及良好的经济性能在公路、铁路桥梁建设领域得到大规模应用，是我国中等以上跨径桥梁的主要结构形式[1]。与普通混凝土桥梁相

4、比，预应力桥梁虽然能够较好地抑制混凝土裂缝的产生，但受材料特性所限，混凝土裂缝依然是预应力桥梁普遍存在的问题，它的存在会使腐蚀介质进入混凝土结构内部，引起预应力钢筋腐蚀，从而导致预应力结构受损或失效，进而影响预应力桥梁的耐久性[2]。因钢筋腐蚀而导致预应力桥梁耐久性破坏的事件在世界范围内越来越多，如广西柳州市壶西大桥发生了因预应力钢筋腐蚀疲劳失效而导致人行道坠落事故；英国南威尔士Ynysy-Gwas的一座节段拼装式混凝土桥梁因预应力钢索灌?b不饱满而受到氯盐腐蚀破坏并最终发生结构垮塌事故。全球因钢筋腐蚀造成的直接和间接经济损失巨大，不容

5、忽视[3]。为解决预应力钢筋的腐蚀问题，保证结构耐久性，目前工程界和科研界提出了许多抗腐蚀的方法，如采用高性能混凝土保护层、钢筋表面设置锌基镀层和环氧树脂涂层等防腐材料、在混凝土中添加阻锈剂或表面涂敷防水材料等。遗憾的是上述方法均属消极的防护性措施，作用效果并不明显，同时增加了施工工艺的复杂性，且无法从根本上解决预应力钢筋的锈蚀问题。鉴于现有的腐蚀控制办法未能从根本上解决预应力钢筋的锈蚀问题，开发一种强度高、耐腐蚀性好的新型替代材料可能是解决钢筋锈蚀问题的可行途径。　　研究资料表明，碳纤维不仅具有较高的力学性能，其类石墨结构也赋予了碳纤

6、维优异的耐腐蚀性能。利用碳纤维复合材料（CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic，14CFRP）增强水泥，不仅可以提高材料整体的力学性能，还可以有效地解决其使用寿命的问题，实现桥梁结构的全生命周期设计。以CFRP增强的绞线和棒材用作桥梁的预应力筋和体外筋在日本、欧美等国家已经得到广泛的使用[4]。应用实例表明，CFRP具有多项优良性能，是钢结构预应力筋的潜在替代选项，在建筑桥梁上具有广阔的应用前景。在过去的几年，我国也针对碳纤维这类新材料在交通领域的推广应用做了战略布局，其中高性能复合材料是“十二五”规划

7、在材料领域重点支持的研究方向之一，“‘十三五’交通运输发展规划”也把复合材料列为桥梁领域中桥梁材料的研究对象之一。有鉴于此，本文对当前CFRP在桥梁结构中的应用基础研究及工程示范探索做了梳理，并对这种新材料的未来发展进行了展望。　　1国外CFRP筋应用研究及工程化现状14　　在CFRP科学研究领域，国外的企业和研究机构进行了大量的探索。其中日本科学家立足于其高性能碳纤维的技术优势，最早开始将碳纤维应用到桥梁工程中，陆续实现了一批预应力筋用CFRP的试制，并针对这些新材料的性能（抗拉特性、抗弯特性及疲劳性能等）和配套条件展开研究，在此基础

8、上针对CFRP筋在具体的酸碱环境、强紫外线环境、湿热环境（海洋与内陆环境等）、高温环境、动态环境、冻融作用下的变化规律及适用性进行了评估，奠定了这类新材料的应用理论基础[4-8]。与此同时，欧美等国家也陆续