碳纤维增强复合材料在桥梁技术中的应用与展望

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1、附录：题目：碳纤维增强复合材料在桥梁技术中的应用与展望院（系）轻纺工程系专业高分子材料加工技术届别2012届学号0919080102姓名汪振峰指导老师李云龙老师黎明职业大学2011年12月碳纤维增强复合材料在桥梁技术中的应用与展望汪振峰（黎明职业大学，福建泉州362000）摘要碳纤维复合材料(CFRP)在桥梁工程中的应用，是目前国际土木工程领域研究开发的一个热点。本文在简述CFRP复合材料的特性和国内外的发展情况的基础上，介绍了CFRP力筋在混凝土桥中的应用情况及其对既有桥梁的加固。最后，本文还指出了CFR

2、P复合材料应用于桥梁工程中存在的问题及其发展前景。关键词复合材料；碳纤维加劲塑料(CFRP)；桥梁工程；CFRP力筋；桥梁加固1、前言我国现有桥梁主要存在以下问题：（1）桥梁设计荷载标准较低；（2）桥面宽度狭窄；（3）桥梁年久失修，损坏严重，如墩台滑动、下沉、倾斜、冻害、变形大于计算值，支座的开裂、老化、坏死，钢筋混凝土梁、拱有永久性严重变形，顺主筋方向有纵向裂纹，钢筋已严重锈蚀，裂纹超过规范限定值，承载能力大于25％设计要求等；（4）少数桥梁桥头接线线形很差，影响行车安全。目前经济发达国家的公路桥梁的不适

3、应情况也很严重，如美国高达20％。由于交通量的增加、车辆轴载的加大和固有标准的提高，原来设计标准较低的桥梁已严重影响了汽车运输的发展。提高公路技术标准后，由于桥梁设计荷载的提高和宽度的增加（要求主干线上的桥梁承载能力达到汽车一超20级、挂车一120或汽车一20级、挂车一100的荷载标准，桥面宽度也要有相应的提高），以及公路局部线形的改移，使原有桥梁要么加固、要么重建，工程量甚为巨大。鉴于投资、材料和工期的缘故，不可能拆除全部旧桥进行重建，而采取投资较少、节省材料、工期短的补修和加固措施，是解决以上问题的有效

4、方法。传统的混凝土结构加固方法为：粘钢加固、外包钢加固、套箍加固、植筋加固、焊接补筋加固、型钢加固、化学灌浆加固、加大截面法加固、增设支点法加固、体外预应力等技术和方法进行结构补强、加固处理。上述几种方法虽然有效，但均受到一定条件的限制，存在以下缺点：对结构的外观及使用空间均有一定影响；施工时的湿作业和大型设备对环境和生产有一定影响；在有的方法中新旧两部分的连接对原结构有一定的损伤；加固材料易腐蚀或脱落；增加结构物的荷重等。碳纤维增强塑料（CFRP，CarbinFibreReinforcedPlastics

5、）加固是20世纪80年代以来美、日等发达国家研发的应用在土木工程中的新型加固补强技术，已在建筑物、桥梁、特种结构等各种土木工程中得到广泛而成功的应用。我国自1997年开始对碳纤维加固混凝土等结构进行研究，并已在一些工程中得到应用，但相关技术标准、应用规程及施工指南在国内尚属空白。该方法采用同一方向排列的碳纤维织物，在常温下用环氧树脂胶粘贴于混凝土结构、钢筋混凝土结构、砌体结构或木结构表面，利用其紧密粘着于混凝土结构表面，使二者作为一个新的整体，共同受力，从而达到对结构加固补强及改善受力性能的目的，是一种非常

6、简单而优良的加固补强方法。CFRP具有轻质（碳纤维加固不增加结构物的荷重）、高强（强度超过钢材，接近于高强预应力钢筋），耐腐蚀、耐疲劳、耐火、耐久性好，且施工工艺简便快速、施工无灰尘和噪音污染，可不间断生产运营，加固补修效果良好等优点，因而得到工程界的日益重视。2、碳纤维增强复合材料的基本特性碳纤维增强复合材料补强加固所采用的基本材料是高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材。将片材用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构

7、件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作。碳纤维片材：片材碳纤维材料的拉伸强度在（2400～3400）MPa之间，与普通碳素钢板拉伸强度为240MPa相比，片材的拉伸强度很高。片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能不同，碳纤维片材依力学性能分成高模量、高强度和中等模量三类。高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。相比之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，说明碳纤维片材较轻。碳纤维的化学结构稳定，本身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有良好的耐寒和耐热性。配套树脂类粘结材料

8、；混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料，用于渗透过混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；油灰，用于填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用碳纤维片材；浸渍树脂或粘结树脂，前者用于碳纤维布粘贴，后者用于碳纤维板粘贴。浸渍树脂或粘贴树脂是将碳纤维片粘附于混凝土构件表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作的关键，因此，树脂同混凝土的粘贴强度大于混凝土的拉伸强度和剪切强度。就公路混凝土桥梁用碳纤维片材加固技