用纤维增强塑料加固混凝土

主题

背景

钢筋混凝土

解决钢筋混凝土钢腐蚀问题

纤维增强塑料钢筋混凝土

玻璃钢加固构件的制造及其局限性

FRP混凝土结构的历史

公路桥梁

人行天桥和非磁性栅栏

FRP混凝土标准

玻璃钢与钢筋混凝土的区别

与FRP混凝土相关的问题

耐久性

行业验收

概括

背景

混凝土是一种非常耐用的材料。罗马人首次将混凝土用于建筑的优良例子至今仍在,混凝土可能是当今世界上使用最广泛的建筑材料。在罗马时代和之后的许多世纪,由于其抗拉强度差,它的使用仅限于压缩结构。但在19世纪,铁棒的引入导致了我们今天所知的钢筋混凝土,其用途令人难以置信地广泛。

钢筋混凝土

但是,铁棒和钢棒有潜在的腐蚀和耐久性问题。嵌入式钢通常是非常耐用的,因为它是保护免受腐蚀的碱性环境的混凝土。但在高度侵蚀的环境中,混凝土提供的保护往往是不够的。保护层被破坏,腐蚀开始,最初的迹象是混凝土开裂和剥落。如果结构要达到预期的使用寿命,就需要进行昂贵的修复工作来修复这种损坏。这种修理构成了建筑业工作量的一个主要部分。

解决钢腐蚀问题钢筋混凝土

解决钢筋腐蚀问题通常意味着提高混凝土本身的质量,但这种方法取得了有限的成功。最近,建筑业已考虑加固的替代钢,用不锈钢替换碳钢或使用环氧涂层的棒材。在极端情况下,安装了阴极保护,虽然这通常是作为修复系统的一部分而不是用于新结构的一部分。

纤维增强解放军Stic钢筋混凝土

现在,最新思想是用纤维增强塑料(FRPS)更换钢。这些材料由玻欧洲杯足球竞彩璃,碳或芳族聚酰胺纤维组成,在合适的树脂中设定为形成棒或栅格,在航空航天和汽车工业中得到很好地接受,并应提供高度耐用的混凝土增强。耐久性是树脂和纤维的函数,而纤维的量和类型是确定FRP的机械性能的键。FRP加固强度趋于高产钢和预应力链之间的强度 - 约1000mnm-2适用于玻璃纤维和1500毫微米-2碳纤维。然而,刚度通常远低于约45 gnm-2用于玻璃纤维和150 gnm-2碳纤维。所有玻璃钢材料对欧洲杯足球竞彩破坏的响应都是直线的,没有塑性。

玻璃钢加固构件的制造及其局限性

FRP钢筋通常由拉挤杆制成。该方法的一个限制是通常使用热固性树脂,因此一旦材料完全固化,杆就不能弯曲到当前可以用钢的形状的范围。正在开发新的制造技术来制定这种“特殊”。螺旋加固,圆形和矩形都是由几家日本制造商生产的,也是二维网格。正在开发其他技术,其中树脂浸渍的纤维缠绕在心轴上以产生封闭的形状,例如剪切环。作为替代方案,正在开发热塑性树脂,其将允许完全固化的材料升温并弯曲成形。然而,这可能会产生较弱的加强,因为纤维未对准而弯曲的钢筋弯曲。

组织玻璃钢混凝土结构

FRP混凝土加固的潜力已经在世界各地的许多示范结构的建设中得到展示。最初,由于考虑到frp比钢的刚度更低,大多数结构都是预应力的,使用常规钢作为二次配筋。许多人行天桥和公路桥已经建成,主要在日本和北美。

公路桥梁

第一个主要的欧洲建筑是1987年在杜塞尔多夫建造的——一座使用玻璃钢预应力钢索的公路桥。后来的示范结构构成了Eurocrete项目的重要组成部分,这是欧洲第一个协调发展FRP加固工作的项目。Eurocrete是英国、法国、荷兰和挪威的合作伙伴之间的一个合作研究项目,部分资金来自Eureka计划。这可能是世界上第一个将与frp有关的所有学科(包括材料供应商、加工者、研究机构和设计师)结合在一起的项目。欧洲杯足球竞彩

人行天桥和非磁性栅栏

在Eurocrete项目中建造了两个足底架,一个在牛津附近的Chalgrove,另一个在奥斯陆。卡塔尔码头的一部分的Berthing设施也使用FRP加固构建,另一个应用程序作为围绕敏感电气设备的测试设施的混凝土围栏的加固,其中传统钢筋会导致磁干扰(图1)。2020欧洲杯下注官网在实验室测试了许多应用,可能很快举行实践,包括挡土墙和包层板。与此同时,其他程序正在开发较大的结构,完全用FRPS加强,例如丹麦的80米长的行人桥。

图1。围绕测试设施的非磁性混凝土安全围栏用于敏感电气设备。2020欧洲杯下注官网

FRP混凝土标准

由于开发了FRP钢筋混凝土,因此在世界各地也制定了其使用的设计标准。在引入具有非常不同的性质的新型加固时,有两种方法 - 适应现有的方法,或者返回广场1并写出完全新的规则。第二个显然在技术上更正,但是一种昂贵且耗时的过程。由于实际应用是获得新材料行为的良好体验的唯一方法,修改现有标准是唯一可行的选择。

目前的钢筋混凝土结构设计标准已在过去100年左右开发。它们基于声音科学原则和某些拇指规则结合了方法。例如,随着钢筋混凝土是复合材料,其行为(例如剪切)的某些方面仍然不太了解,因此使用经验方法。FRP钢筋混凝土将遵循类似规则的钢筋混凝土,但在多种方面会有所不同。

采用FRP钢筋混凝土进行了许多实验工作,主要是在简单的梁和板坯上,并且在许多国家开发了基本的设计方法。日本建设部已发表设计准则草案,加拿大桥码很快将章节处理弗尔斯,美国具体研究所正在准备指导。在Eurocrete项目下制定了对英国标准的建议修改,涵盖了钢筋混凝土结构的设计,现在由结构工程师机构验证。他们将在没有正式的实践准则的情况下提供设计工程师的文件。这些设计方法将导致安全的结构,但不太可能导致相对昂贵的FRP材料的最经济利用。欧洲杯足球竞彩预计FRP棒的成本将在环氧涂层钢和不锈钢之间,两到八倍作为普通钢棒昂贵。这种高初始成本只能通过对侵略性环境中的结构的“整个生命的成本来说是合理的。潜在用户需要考虑其结构的总成本,包括维修,而不仅仅是材料成本。在未来,这种储蓄应显而易见,因为制定了设计方法,这考虑了FRP加强材料的增强性能。欧洲杯足球竞彩

玻璃钢与钢筋混凝土的区别

由于高强度和相对较低的FRP刚度,因此通过压缩混凝土而且不会破裂增强,可能会发生故障。

钢筋混凝土的裂缝宽度被控制,以防止腐蚀性物质到达钢,从而提高耐久性。对于frp增强混凝土,美观和可能的水密性将是裂缝宽度控制的唯一标准。

偏转可能高于等效钢筋机组。

FRP杆的抗压强度低于抗拉强度,因此传统的柱设计方法不再有效。研究圆形柱周围缠绕FRP的影响发现,限制导致破坏荷载和破坏应变的增加。

Fire将成为某些类型的结构的设计考虑因素。主要问题是限制FRP棒表面的温度升高,使其保持低于树脂的玻璃化转变温度。在该温度之上,材料停止用作复合材料,因此削弱。

与FRP领域相关的问题ete.

耐久性

使用frp加固的主要原因可能是材料嵌入混凝土时的耐久性。高碱性环境会降解玻璃纤维和一些树脂,出于商业原因,制造商不愿透露他们使用的材料的细节。欧洲杯足球竞彩研究工作主要集中在开发耐碱玻璃和使用碳纤维和芳纶纤维上,而很少关注树脂。迫切需要评估材料耐久性的方法,但仍需要做大量工作来制定验收标准。欧洲杯足球竞彩

对埃菲尔德进行了对耐用性的重大评估,其中包括对材料本身的工作和嵌入混凝土中的FRPS。欧洲杯足球竞彩后一种样品在各种环境条件下储存在实验室中,也储存在欧洲和中东的暴露地点。适用于所研究的特定树脂和纤维组合的结果表明,复合杆抗蚀碱性环境,在测试期间没有显着降解。

行业验收

尽管其具有优异的性能和耐用性,但FRP加固可能在可预见的未来在绝大多数结构中取代钢铁。世界各地的实验和示范项目表明,FRP加固在特殊情况下是钢铁的可行性和成本效益的替代方案,例如作为不锈钢的替代品。但建筑行业非常保守,因此最可能的发展途径是在非结构应用中使用新材料或失败后果不会太严重。欧洲杯足球竞彩更高负载和关键的应用程序将在以后作为对材料的信心增长。欧洲杯足球竞彩

概括

总之,FRP加固需要从低音量/高科技应用移动到大容量/相对低的技术应用。在广泛接受的混凝土结构之前,必须对材料的几个重要方面进行说明,包括嵌入混凝土中的FRP的耐久性,产生合适的增强形状的能力和产生一致质量的大量材料的能力。欧洲杯足球竞彩如果要实现FRP加固的真正潜力,一切都必不可少。

主要作者:John Clarke

资料来源:材料世欧洲杯足球竞彩界卷。6号。2 pp。1998年2月78-80。

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