碳纤维复合材料（CFRP）在桥梁工程中的应用及前景

碳纤维复合材料(CFRP)在桥梁结构中的应用，是目前国际土木建筑结构工程中的一个开发热点．作者在文中介绍了CFRP的材料特性以及CFRP在新建桥梁结构、旧危桥补强加固等工程中的应用，并对CFRP今后的发展与应用前景进行了展望。     

新型CFRP材料在桥梁工程中的应用及前景

在简述碳纤维复合材料(CFRP材料)具有自重轻、强度高、耐腐蚀强、抗疲劳性能好等许多优点基础上,对CFRP材料在桥梁加固工程上的应用情况进行了比较和概述,并指出了复合材料用于桥梁工程中存在的问题、难点和发展前景,尤其在未来超大跨斜拉桥和悬索桥中的应用前景.     

碳纤维复合材料(CFRP)在桥梁工程中的应用及前景

碳纤维复合材料(CFRP)在桥梁结构中的应用,是目前国际土木建筑结构工程中的一个开发热点.作者在文中介绍了CFRP的材料特性以及CFRP在新建桥梁结构、旧危桥补强加固等工程中的应用,并对CFRP今后的发展与应用前景进行了展望.     

碳纤维复合材料（CFRP）在土木建筑结构中的应用及其前景

碳纤维复合材料(CFRP)在土木建筑结构中的应用,是目前国际土木建筑结构工程中的一个开发热点。本从CFRP的材料特性、市场开发等角度,对国内CFRP在桥梁中的应用及补强加固土木建筑结构等方面进行了总结和回顾,同时对其今后的发展与应用前景进行了展望。     

FRP约束混凝土柱强度和延性性能 试验研究

为研究碳纤维增强复合材料CFRP对约束混凝土柱延性性能的影响，玻璃纤维增强复合材 料GFRP对约束混凝土柱的强度和延性的改善效果，以及高强度CFRP以外的其他材料的约束效 应，并分析它们在约束混凝土柱中的作用机理，通过对纤维增强复合材料FRP约束柱布置纵向、 环向位移传感器进行单轴压缩试验，由裂纹走向及破坏形态总结出了FRP约束柱的破坏过程，根 据荷载-应变曲线、荷载-位移曲线研究了FRP 约束混凝土圆柱的强度和延性性能。研究结果表 明：（1） CFRP 和GFRP 作为约束材料，都可以产生强的约束效应，提高约束混凝土的强度， CFRP、GFRP约束混凝土强度分别增加了29.2%和58.6%；（2） 强约束作用下，CFRP和GFRP约 束混凝土柱的强度和延性性能得到显著改善；（3） 由于单一FRP材料的线弹性性质，FRP约束混 凝土柱破坏时脆性特征明显；（4） 与CFRP相比，变形性能较好的GFRP能更好地改善混凝土柱 的延性性能，设置1 层GFRP相比1 层CFRP延性可提高61.9%，设置2 层GFRP相比2 层CFRP延 性可提高63.6%。     

FRP约束混凝土柱强度和延性性能试验研究

为研究碳纤维增强复合材料CFRP对约束混凝土柱延性性能的影响,玻璃纤维增强复合材料GFRP对约束混凝土柱的强度和延性的改善效果,以及高强度CFRP以外的其他材料的约束效应,并分析它们在约束混凝土柱中的作用机理,通过对纤维增强复合材料FRP约束柱布置纵向、环向位移传感器进行单轴压缩试验,由裂纹走向及破坏形态总结出了FRP约束柱的破坏过程,根据荷载-应变曲线、荷载-位移曲线研究了FRP约束混凝土圆柱的强度和延性性能。研究结果表明:(1)CFRP和GFRP作为约束材料,都可以产生强的约束效应,提高约束混凝土的强度,CFRP、GFRP约束混凝土强度分别增加了29.2%和58.6%;(2)强约束作用下,CFRP和GFRP约束混凝土柱的强度和延性性能得到显著改善;(3)由于单一FRP材料的线弹性性质,FRP约束混凝土柱破坏时脆性特征明显;(4)与CFRP相比,变形性能较好的GFRP能更好地改善混凝土柱的延性性能,设置1层GFRP相比1层CFRP延性可提高61.9%,设置2层GFRP相比2层CFRP延性可提高63.6%。     

CFRP在加固工程中的应用

作为一种新型加固材料,碳纤维材料(CFRP)具有高强、轻质、耐腐蚀等优点。本文介绍了CFRP在各类加固工程中的应用。     

CFPR加固混凝土桥梁的端部应力分析

CFRP加固混凝土桥梁是一项新的应用外粘高性能复合材料加固结构技术,本文基于国内外关于CFRP片材加固混凝土梁的理论,对加固结构中的CFRP端部应力集中规律进行计算,在此基础上分析了加固后的桥梁在车辆动载作用下端部应力的变化规律。     

胶粘剂和CFRP吸湿对复合材料粘接接头失效的影响

对胶粘剂和复合材料的影响进行解耦;采用常温环境分别对胶粘剂、碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)和CFRP/铝合金粘接接头进行不同时间周期的浸泡,研究了不同应力状态对粘接接头失效的影响;以准静态失效测试的失效强度和失效模式分析为主,结合傅里叶变换红外光谱仪分析、差示扫描量热法分析和扫描电子显微镜分析,分别研究胶粘剂和CFRP吸湿后的失效机理,揭示了吸湿对复合材料粘接接头失效的影响机理。分析结果表明:胶粘剂在吸湿30 d后发生了水解,失效强度下降约53.7%,失效应变约为原来的3.2倍;CFRP吸湿后表面粘附性降低,容易引起界面失效,但打磨之后能够得到改善,CFRP吸湿后纤维/基体界面力学性能降低,在正应力状态下更容易造成纤维撕裂;CFRP/铝合金粘接接头的失效强度在吸湿30 d后下降了约23%,失效断面中胶粘剂出现了韧性断裂和界面失效;通过对胶粘剂、CFRP和CFRP/铝合金粘接接头吸湿后的失效分析,发现剪应力状态下的CFRP/铝合金粘接接头失效主要受胶粘剂吸湿后的性能下降影响,其次是界面失效的影响,而正应力状态下的CFRP/铝合金粘接接头失效还受CFRP性能下降造成的纤维撕裂影响。      

纤维角度对CFRP材料超声磨削性能的影响分析

针对碳纤维复合材料(CFRP)单层板建立宏观正交超声磨削有限元模型,研究CFRP材料超声磨削加工中,纤维角度对应力分布、磨屑形貌以及加工表面质量的影响规律.研究结果表明:在CFRP材料超声磨削加工中CFRP,纤维角度为45°时,应力值最大,其次从大到小依次为0°、90°、135°;当纤维角度为0°时,磨屑形状为束状,45°的磨屑为小的条状,135°的磨屑主要为小块状,而90°纤维角度下的磨屑则为更小的块状;在纤维角度为0°时,CFRP材料超声磨削加工后表面有较少凹坑,表面质量最好,90°纤维角度表面质量较好,表面有少量的毛刺和凹坑出现,135°的较差,表面会出现凹坑和高低不平现象,而45°的最差,加工后表面有较多的毛刺及凹坑.     

纤维角度对CFRP材料超声磨削性能的影响分析

针对碳纤维复合材料(CFRP)单层板建立宏观正交超声磨削有限元模型,研究CFRP材料超声磨削加工中,纤维角度对应力分布、磨屑形貌以及加工表面质量的影响规律.研究结果表明:在CFRP材料超声磨削加工中CFRP,纤维角度为45°时,应力值最大,其次从大到小依次为0°、90°、135°;当纤维角度为0°时,磨屑形状为束状,45°的磨屑为小的条状,135°的磨屑主要为小块状,而90°纤维角度下的磨屑则为更小的块状;在纤维角度为0°时,CFRP材料超声磨削加工后表面有较少凹坑,表面质量最好,90°纤维角度表面质量较好,表面有少量的毛刺和凹坑出现,135°的较差,表面会出现凹坑和高低不平现象,而45°的最差,加工后表面有较多的毛刺及凹坑.     

湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能

为研究湿热环境下碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土结构的耐久性问题，采用6根湿热环境下CFRP加固的钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验，研究在湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏形态、承载力、挠度和裂缝等；根据环氧树脂老化的化学反应微分方程和反应速度的指数定律，给出环氧树脂胶层弹性模量的衰减模型；从混凝土和环氧树脂胶层的力学性能出发，提出湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土结构后CFRP剥离时的强度计算公式，推导湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式. 研究结果表明:随着湿热环境作用时间的增加，加固梁的抗弯承载力逐渐减小，CFRP剥离破坏由混凝土控制逐渐转换为由环氧树脂胶层控制；随着湿热环境作用的持续，混凝土裂缝数量减小、裂缝宽度增加但挠度减小，加固梁的损伤增大且脆性增加；加固梁的屈服曲率、极限曲率和曲率延性系数均减小，加固梁的延性变差且CFRP剥离破坏时的脆性和离散性增强；试验与理论计算的对比表明，在湿热环境作用下加固梁发生CFRP剥离破坏时，CFRP极限应变的理论值与试验值误差在20%以内，抗弯承载力的理论值与试验值误差在11%以内.      

负载下CFRP约束混凝土应力-应变关系分析型模型

为研究负载水平对FRP(纤维增强复合材料)约束混凝土柱峰值应力和峰值应变的影响,根据32个CFRP(碳纤维增强复合材料)约束混凝土圆柱构件和16个CFRP约束混凝土方柱构件的试验结果,引入负载影响因子,对J G Teng提出的CFRP约束混凝土柱峰值应力和峰值应变计算公式进行修正.在此基础上分析了CFRP约束混凝土柱构件轴向-侧向应变关系,以J G Teng本构模型为主动约束关系,建立了负载下CFRP约束混凝土应力-应变分析型模型.研究结果表明:模型理论曲线与试验曲线接近,修正后的峰值应力和峰值应变与试验结果较吻合,圆柱构件的误差约10%,方柱构件的误差在15%左右.      

轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的静力承载力分析

为了研究轴压作用下碳纤维增强复合材料（carbon fibre-reinforced polymer，CFRP）加固圆形空心截面（circular hollow section，CHS）钢管短柱的极限承载力，对轴压作用下CFRP加固CHS钢管短柱进行了理论和数值分析. 理论分析中，利用等效截面法推导了两种不同粘贴方式（全环向粘贴以及环向和纵向交替粘贴）的CFRP加固圆钢管短柱在轴压作用下静力承载力的理论计算公式；数值分析中，将特征值屈曲与Riks法相结合建立了轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的非线性有限元分析模型. 对该模型中的环向和纵向CFRP进行应力分析后发现，环向CFRP处于拉伸状态，约束钢管的径向变形；纵向CFRP会承担轴压荷载中的部分压力，限制钢管的变形. 最后，将所建立的有限元分析模型结果和所推导的理论公式结果与已有文献的试验结果进行对比，发现三者之间的最大误差不超过2%，验证了建立的有限元模型和所推导的理论公式分析结果的准确性.      

颗粒增强金属基复合材料的制备及应用

本文主要综述了颗粒增强金属基复合材料发展所采用的主要制备工艺、增强体材料和基体材料以及主要研究成果和面临的主要问题，并介绍了金属基复合材料在汽车工业中的应用。     

碳纤维加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算

用碳纤维复合材料（CFRP）加固修复混凝土梁，是一种行之有效的加固方法，它可以提高梁的承载能力和刚度。本文主要提出了碳纤维加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算方法。     

温度作用对CFRP布加固混凝土梁承载性能的影响

外贴 CFRP 布加固钢筋混凝土梁作为一种高强、 高效的加固方式在桥梁加固领域得到了广泛应用。 在温度效应和外荷载共同作用下， 由于 CFRP 与混凝土材料之间的材料性能差异所导致的界面变形不协调会对加固梁的抗弯承载性能造成一定影响。 文章考虑温度效应和外荷载共同作用下， 基于加固梁的三个特征荷载对其抗弯承载性能进行了分析。     

基于虚拟试验的复合材料设计许用值的 确定及结构强度验证

总结复合材料结构积木式验证体系及设计许用值确定方法,给出了基于Digimat-VA虚拟试验模块进行设计许用值计算的流程,该虚拟试验通过模拟纤维、基体材料参数的分散度以及工艺误差带来的分散性,并利用均匀化理论及有限元方法得出CFRP(碳纤维增强塑料)强度的B基准值及刚度平均值,最后利用该方法对某型市域车复合材料司机室结构进行强度验证.     

CFRP配筋高韧性复合材料正截面抗弯承载力研究

尝试性的提出了CFRP配筋高韧性复合材料(CFRP-ECC)。依据工程水泥基复合材料(ECC)的单轴拉伸和压缩试验建立材料本构模型,提出基于平截面假定的CFRP-ECC正截面抗弯承载力计算理论,同时设计小梁试件进行四点弯曲试验,通过对比分析抗弯承载力理论值与试验实测值,验证计算理论的正确性。结果表明:提出的正截面抗弯承载力理论计算得到的结果与试验结果吻合很好,最大误差不超过4%,研究成果可供非金属配筋高韧性材料结构的计算分析提供参考。     

CFRP加固桥梁方案研究

跟传统加固方法相比,CFRP加固桥梁法经济高效,并且因为碳纤维复合材料有着强度高、质量轻和耐腐蚀等优点,并且施工快捷,不影响原桥梁外观和功能,将会越来越多被采用来加固桥梁。以某大桥为例介绍了CFRP加固桥梁设计。