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1、第23卷第1期重庆交通学院学报2004年2月Vo1123No11JOURNALOFCHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITYFeb.,2004CFRP在新建桥梁中的应用与展望X吴海军,陆萍,周志祥(重庆交通学院桥梁及结构工程系,重庆400074)摘要:文章比较了几种纤维增强塑料的力学性能,通过详实的数据分析了碳纤维增强塑料应用于新建桥梁的可行性.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,给出了一些应用的例子;分析了CFRP桥梁的经济性问题,对进一步的研究工作提出了建议.关键词:
2、桥梁;纤维增强塑料;碳纤维增强塑料;缆索;耐久性;经济性;力学性能中图分类号:U446文献标识码:A文章编号:10012716X(2004)0120001205经过近几十年的快速发展,我国桥梁的数量已种FRP材料与目前应用最为广泛的ATAM270级钢十分庞大,其中有不少桥梁暴露出缺陷,更有一些桥绞线力学性能的对比.梁在远没有达到设计寿命时出现耐久性能严重蜕化表2FRP材料和钢材的力学性能的现象甚至出现倒塌等毁灭性事故.从世界范围来CFRPGFRPAFRP钢绞线看,钢筋锈蚀是引起桥梁耐久性蜕化最重要的原因,直径(
3、mm)5—7715—2571515124解决结构耐久性不足的主要办法是改善原材料的耐纤维所占比例%60—7060—7043—久性及增加防护措施.而FRP(FiberReinforcedPlas2抗拉强度(MPa)2800167012901860tic)材料因其良好的耐久性和抗疲劳性,成为人们解杨氏模量(GPa)16051531953密度(t/m)11521111257185决钢筋锈蚀问题的一个重要选择.利用FRP材料特延伸率(%)1163132127别是CFRP(CarbonFiberReinforcedPla
4、stic)材料作为力筋修建CFRP桥梁是近年来国际上的一个研究热尽管三种FRP材料都具备桥梁结构要求的基点.本性能,也各有应用的实例,但从结构最关心的力学1CFRP材料的基本特点等综合性能指标的比较来看,CRFP材料无疑具有很1.1CFRP材料的基本力学性能大优势[2](见表3).纤维加劲塑料(FRP)是由包裹在树脂母体中的表3几种FRP材料性能比较连续纤维做成的复合材料,纤维起增强作用,表1为材料性能CFRPGFRPAFRP[1]不同纤维的力学性能.耐环境腐蚀能力良差良表1高级合成纤维的力学性能性能类别碳纤维
5、玻璃纤维芳纶纤维静力强度优良良抗拉强度(MPa)3500—700023002800疲劳强度优一般良杨氏模量(GPa)230—65074125杨氏模量优差差3密度(t/m)11821541145延伸率(%)016—214313213蠕变/松弛优差差应力疲劳优差一般树脂在FRP中主要起粘合纤维的作用.纤维增密度良良优强塑料视其所用纤维的不同可分为碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃纤维增强塑料(GFRP)及芳纶纤维增强材料价格差优差塑料(AFRP)等三大类,表2为桥梁工程中常用的几X收稿日期:2003203231;修订
6、日期:2003204221作者简介:吴海军(19752),男,陕西武功人,讲师,同济大学在读博士生,主要从事桥梁结构设计理论和耐久性研究.2重庆交通学院学报第23卷1.2CFRP材料与钢材力学性能的比较[5]静定结构中的使用性能,把它与传统的预应力砼国际工程界从上世纪80年代后期开始将GFRP梁进行了对比.材料作为钢筋、预应力钢材的替代材料加以研究,并2.1.1试验梁的基本情况陆续将其作为PC桥梁的张拉材料、建筑物的外墙试验梁为每跨8m的双跨连续梁,预应力束在材料、及有桥梁的加固材料等等.图1是几种FRP中支点
7、处的最小竖曲线半径为310m.试验梁的预应材料与普通钢筋和高强钢绞线应力—应变关系曲力束为19根<5mm的碳纤维束,而比较梁的预应力[1]线:束则是5根<1215mm的钢绞线束.2.1.2工艺和结构理论上的主要发现或成果1)所有预应力束均采用了铁皮管,张拉时并没有因铁皮管和CFRP束之间的摩擦而产生任何问题.2)针对CFRP预应力束开发出了一种新的预应力体系,包括平行丝束(19<5mm束)和特殊的锚头.碳纤维束的端头嵌在钢锚圈内的锥形锚塞中.灌注(%)ε浆由环氧树脂和陶瓷材料组成,它可以使灌注浆的图1几种力筋的
8、应力2应变曲线纵向弹性模量得到控制.综上所述并考虑到桥梁结构关心的其他材料性3)试验表明,对于超静定结构,CFRP预应力砼能,可以发现CFRP材料与钢材相比,具有以下显著是一个可行的选择.支点处预应力束的小半径曲线特点[3]:并不会给张拉力带来任何额外的损失.(1)抗拉强度高,顺纤维方向抗拉强度远大于普4)在使用状态下,CFRP预应力砼与传统的预应力砼没有明显区别.在全预应力状态下的应
