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碳纤维复合材料在桥梁工程中的研究和应用情况

碳纤维复合材料在桥梁工程中的研究和应用情况

    来源:万钧加固改造    发布时间:2019-12-26 22:37    浏览量:

  随普交通事业的快速发展,桥梁工程作为交通运输的枢纽其重要性日益明显,而桥梁的质量和寿命即成为重中之重.危及桥梁安全性和耐久性的关键之处即钢材的锈蚀问题.能否采取有效措施提高材料性能抵抗钢材的锈蚀,或者选择有效材料代替钢材应用到桥梁工程中一直困扰着人们。碳纤维复台材料因其高强度.耐腐蚀质量轻等独特的性能特点,吸引了人们的眼球。随着碳纤维材料制备工艺的日渐成熟所带来的规模化生产以及碳纤维生产成本的逐年降低,且性能越来越好,碳纤维材料的商业化和民用化指日可待,它在桥梁结构工程中的广泛应用必将带来桥梁工程的快速发展。

桥梁粘贴碳纤维加固

  1.碳纤维复合材料用于修建桥梁

  将碳纤维复合材料制作成绞线和棒材与钢筋混合使用.甚至替代钢筋增强混凝土结构。利用碳纤维复合材料耐腐蚀性、耐碱性,在混凝土中不会像金属一样易锈蚀而影响使用寿.命。日本首次在混凝土桥梁中采用碳纤维复合材料作力筋来修建桥梁。德:国也于1991年将碳纤维复台材料制造成绞线应用到一-座后张预应力混.凝土高速跨线桥中,用楔形系统锚固在梁上面。碳纤维复合材料在桥梁中的应用,特别是碳纤维复合材料的绞线和棒材用作预应力筋和体外筋的实践,为碳纤维复台材料用作超大跨桥梁的缆索材料打下应用基础。

  2.碳纤维复合材料用于斜拉桥拉索

  桥梁拉索和吊索发生破坏的主要原因也是锈蚀,这对材料的抗疲劳和抗腐蚀能力要求较高。而碳纤维材料具有优良的耐腐蚀.抗疲劳.性、强度.弹性模量等,故有学者尝试将碳纤维增强作为制作斜拉索和吊索的材料.瑞士著名的WintertlernStorclenbrucke桥中的斜拉索就部分采用了碳纤维复合材料”。该桥使用了2根由碳纤维复合材料制成的斜拉索,每根拉索又是由241根5mm的碳纤维复合材料筋束组成。随着科技的不断进步,碳纤维复合材料性能的不断提高及成本的下降,其应用在拉索和吊索中的比例将不断提高。

  3.碳纤维复合材料用于桥梁加固

  伴随交通运输的日益繁忙,某些公路桥梁长期处于超负荷的状态,再加.上老化、破损等现象的出现,我国约有30%的桥梁处于不堪重负的状态。若拆除重建则发生交通中断从而影响交通运输的发展,故在旧桥的基础上对其进行加固成为缓解交通一-种行之有效的措施。

  (1)用碳纤维复合材料进行加固

  碳纤维复合材料加固修复利用树脂类材料把碳纤维材料粘贴于结构或构件表面,形成复合材料体,使原有钢筋混凝土和碳纤维共同形成受力面,从而增加桥体结构的抗剪和抗弯能力,改善力学性能。

  ②耐酸、碱、盐类介质的腐蚀:碳纤维布在加固过程中只采用了环氧树脂,无金属材料的加入,因此不会生锈,无需像粘钢法那样需要的定期防锈维护。且碳纤维耐酸、碱等的;腐蚀,可应用于工作环境恶劣的构件加固,尤其适合于沿海地区空气湿度大,盐碱含量较高的地区。

  ③施工简便、速度快:碳纤维布密度小,质量轻且柔性好,因此可将碳纤维布带至施工现场,根据现场尺寸大小进行裁剪,可操作性强;施工过程中,使用小型电动工具即可,无需大型设备,施工方便;不需要现场固定设施,占用场地少,可用操作空间要求较宽松,无湿作业,操作比较容易;施工速度快,粘贴碳纤维的加固工效是粘贴钢加固工效的4-8倍。

  ④保持原结构不变,外观漂亮:该操作仅仅是在原结构表面粘贴多层碳纤维布,根据构件形状进行裁剪和粘贴碳纤维布,未改变原结构,还可在外层涂刷装饰材料和防火材料以提高其观赏性和安全性。另外,碳纤维材料预浸料质量轻且薄,单层粘贴后厚度仅1.0mm左右,粘贴后单位面积质量小于1.0kg(包括树脂),故施工后不增加构建的质量和体积,环氧树脂黏结,不需要锚固螺栓,对原结构无新的损伤。且可根据受力情况需要粘贴若干层。

  ⑤通过封闭混凝土结构产生的裂縫,延长混凝土结构的使用寿命。

  ⑥碳纤维复台材料加固桥梁易于施工,施工时间短。

  ⑦适用面广:碳纤维复合材料.加固修补施工灵活,不受构件结构类型、形状、施工部位的限制,可广泛用于各种加固修补,这是目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。

  (2)碳纤维布在桥梁加固中的原理

  在外力作用下,粘结剂能够有效集中碳纤维丝的力量,使碳纤维丝在碳纤维布里形成共同的受力面,产生集体受力作用,并对核心混凝土产生约束作用,防止主筋发生屈服,从而提高钢筋混凝土的承载力,最终实现桥梁的加固。

  将碳纤维复合材料用于混凝土桥梁结构的加固,得到世界各国的普遍认可,且相当重视,它将成为未来混凝土桥梁加固修复的有效措施。

  随着碳纤维复合材料在桥梁加固中的优势逐渐突显,混凝土桥梁的加固修复迎来了新的发展,同时带来了桥梁建设材料的发展,进而推动了桥梁技术的进步,从而带动桥梁工程的快速发展。随着碳纤维复合材料制备技术的不断成熟,生产规模的不断壮大及生产成本的不断降低,其在桥梁领域的应用范围将逐步扩大。如果说钢铁和水泥是20世纪桥梁施工的主要材料,那么碳纤维复合材料将有可能成为21世纪的主要建桥材料,且是实现高跨度桥梁的理想材料。

  利用碳纤维复合材料进行旧桥加固和修复,不仅降低成本,且效果理想,是桥梁加固修复的首选材料。将碳纤维复合材料筋束作为预应力混凝土桥梁的力筋,或斜拉桥的拉索,发挥其优良特性,逐步削减钢材在桥梁施工中比例,应当作为碳纤维复合材料在桥梁中应用的重点。



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