FRP复合材料土木工程应用与耐久性

作为新型的土木工程结构材料,FRP(fiber reinforced polymer,纤维增强高分子)复合材料具有许多传统建筑材料不可比拟的优越性能,如高强、低重、耐腐蚀等.近二十多年来,FRP复合材料已经成功地应用于土木工程领域,如结构加固、FRP筋、FRP桥面板结构等等.总结与评价了FRP复合材料在土木工程领域的应用以及其土木环境下的耐久性能研究.     

FRP加固混凝土框架梁柱节点研究进展

简要阐述了纤维增强复合材料(FRP)在混凝土框架节点加固领域中应用的重要意义,详细介绍了CFRP、GFRP、BFRP及AFRP等FRP复合材料加固框架节点抗震性能方面的研究进展,期望为FRP材料的应用以及框架节点加固的设计、施工和实际加固改造提供应用参考。     

FRP玻璃钢材料的力学性能与应用现状分析

新材料新技术的研究、应用和发展,为解决目前各大油田存在的钢管严重腐蚀问题,提供了一个新途径。各种性能良好的新型复合材料层出不穷,FRP复合材料以其优异的力学性能和广泛的适用性而被广为采用。本文介绍了常用FRP材料的力学性能,并论述了正处于发展阶段的FRP复合材料在油田管道工程中的应用现状,以及介绍了FRP复合材料在实际工程应用中的缺点和不足,以期为进一步的相关研究提供参考。     

海洋环境下FRP增强混凝土构件结构劣化和性能退化的研究综述

随着我国海洋工程的快速发展，海洋环境下混凝土结构内部钢筋锈蚀导致的钢筋混凝土性能降低和结构破坏等问题越来越凸显。基于轻质、高强、耐腐蚀等性能特点，采用纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer, FRP)与混凝土的组合结构被认为是海洋工程建设中的优异选择。本文介绍了不同海洋腐蚀环境如水或碱性溶液浸泡、紫外线辐射等作用下FRP的降解机理，以及FRP的拉伸、弯曲、剪切、压缩强度等力学性能的退化规律。同时，综述了FRP-混凝土界面性能劣化机理及其对FRP增强混凝土结构性能的影响规律。本文重点讨论海洋环境下FRP增强混凝土结构的界面粘结性能和力学性能，将为海洋环境下纤维增强复合材料性能的研究和工程结构设计提供理论基础和研究方向。     

纤维网格增强超高韧性水泥复合材料加固混凝土圆柱受压性能试验

为提升纤维增强聚合物复合材料（FRP）在加固材料中的优势和发挥效率,同时克服传统纤维网格增强砂浆的抗裂性差的缺点,将超高韧性水泥基材料（ECC）替代砂浆作为FRP网格无机黏结剂的新型复合材料已被提出,但仍缺乏相关的基础研究。本文以新型聚乙烯型ECC为基材,重点研究FRP grid/ECC加固混凝土柱的加固机制。以标准混凝土圆柱为试验对象,采用新型ECC材料为基材的FRP grid/ECC复合材料,以不同强度素混凝土、不同网格材料（玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）与碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）网格）为试验变量,研究了该加固方式下对混凝土轴心受压性能的影响。试验结果表明,该加固方法可有效改善素混凝土脆性压溃破坏模式,提高峰值强度及受压延性。基于FRP grid/ECC材性特征,提出两阶段FRP grid/ECC加固机制,并基于该机制提出加固素混凝土圆柱承载力计算方法。      

喷射FRP加固震损钢筋混凝土柱抗震性能试验

通过12组72件喷射纤维/树脂复合材料(FRP)试样的拉伸强度试验,研究了纤维种类、树脂基体材料、纤维体积分数、纤维混杂比及纤维长度等因素对喷射FRP拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率等性能的影响。通过8根钢筋混凝土(RC)柱试件的拟静力试验,研究了喷射玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)和混杂玄武岩-碳纤维/树脂复合材料(BF-CFRP)加固震损RC柱的抗震性能,分析了喷射FRP层厚度、纤维混杂比、柱预损程度和柱轴压比等对加固试件的极限承载力、抗侧变形能力、刚度退化特征和滞回特性的影响。结果表明:玻璃纤维与乙烯基酯树脂基体的协同工作性能最优,而玄武岩纤维具有耐久性高、延性好、与乙烯基酯树脂基体协同工作性能好等优良性能,可以作为玻璃纤维的良好替代品;玄武岩纤维混杂少量比例的碳纤维作为树脂基体增强材料,可以有效提高喷射FRP的拉伸强度和变形性能;震损RC柱经喷射FRP加固后,可以基本恢复其震损前设计极限承载力,并有效提高其延性和耗能能力。该加固方法可以对地震区已震损RC柱进行快速加固,有效防止整体结构在余震中发生倒塌等严重破坏。      

FRP配筋海水珊瑚骨料混凝土材料及构件力学性能研究进展

为解决钢筋锈蚀和资源短缺问题,具有轻质高强、耐腐蚀特点的纤维增强聚合物(FRP)筋以及与普通骨料力学性能相近的珊瑚骨料成为近年来人们研究的新材料。本文从FRP与珊瑚骨料的材料特性及珊瑚骨料混凝土力学性能、FRP筋与珊瑚骨料混凝土黏结性能以及耐久性、FRP筋海水珊瑚骨料混凝土梁、柱构件的受力性能三个方面,对国内外相关研究进行对比分析,归纳出现有研究成果,认为FRP筋与珊瑚骨料混凝土有较好的协调工作性,并且可以有效增强珊瑚骨料混凝土结构的性能。此外总结出目前FRP筋、珊瑚骨料等材料的局限性以及FRP珊瑚骨料混凝土构件使用性能、耐久性能和设计方法研究还存在的不足,为FRP筋海水珊瑚骨料混凝土这种新型结构的继续研究提供参考。     

影响碳/金属复合材料导热性能的主要因素探讨

碳/金属复合材料在充分发挥增强体高导热、低热膨胀等优异性能的同时,还结合了金属材料易成形性等特点,成为近年来新型热管理材料的研究热点之一。目前,高性能导热复合材料仍存在一些关键问题亟待解决,如:碳材料与金属基体之间的界面调控、材料在制备过程中易产生微观裂纹等缺陷以及增强体空间排布的优化设计等。本文介绍常用高导热碳/金属复合材料的制备方法,并对影响金属基复合材料导热性能的因素及相应的改进措施进行了深入探讨。     

FRP增强重组竹梁受弯性能数值模拟

通过有限元软件ABAQUS对纤维增强聚合物基复合材料（FRP）增强重组竹梁受弯性能进行了分析,有限元模拟结果与试验结果相一致,两者荷载-位移曲线相吻合,跨中截面应变发展过程基本一致,70 kN荷载时,截面应变误差在13.96%内,承载力预测具有很好的精度,预测最大误差为9.04%,FRP的增强使竹梁截面的应力重新分布,受压区竹材得到更加充分的利用;进一步参数化分析了截面宽高比、FRP层数、FRP种类对FRP增强重组竹梁受弯性能的影响。发现:FRP层数的增加对重组竹梁极限承载力和截面刚度提升作用显著;相同层数、相同种类FRP增强重组竹梁时,截面高度减小,极限承载力和截面刚度提高幅度增加;相同截面宽高比和FRP层数时,碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）增强效果优于玄武岩纤维增强聚合物基复合材料（BFRP）增强效果。      

分级结构二维复合材料的构筑及其在能源转换与存储中的应用

二维材料因其具有巨大的比表面积、丰富的活性位点及较短的离子扩散途径,被认为是最具潜力的电化学活性材料之一,受到研究者的广泛关注。然而,由于高表面能和大层间范德华力的作用,二维材料易发生堆叠,从而导致性能下降,严重影响其进一步应用。在保留二维材料物化特性的基础上,构筑分级结构二维复合材料是解决二维材料堆叠问题的最有效的方法之一。分级结构二维复合材料不仅保留复合材料中各组分的本征特性,而且能够发挥各组分之间的协同作用,增大比表面积,暴露更多活性位点,赋予复合材料优异的性能。总结了近年来分级结构二维复合材料的研究进展,分别介绍了液相模板法、化学气相沉积法和非模板法3种可控制备方法,重点讨论了分级结构二维复合材料在电化学储能与转化领域的应用,在此基础上,分析了该研究领域当前仍存在的问题,并对其未来的发展方向做出了展望。     

纤维增强环氧/乙烯基树脂复合材料性能优化与劣化机制研究进展

纤维增强聚合物(FRP)复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、经济效益高的优势,在基础建设施设中表现出巨大潜力,但在复杂环境下长期服役后,FRP复合材料的力学性能下降超过50%,限制了其在工程中的应用。基于此,针对FRP复合材料各组分优化设计方法进行了总结,并分析了热氧、紫外线、腐蚀介质环境中FRP复合材料的长期性能演化规律;根据化学结构及微观形貌分析,阐述了FRP复合材料在复杂环境中的劣化机制,进一步归纳了其在复杂环境下的长期性能预测模型,可为保证FRP复合材料在复杂环境中的长期使用性能提供理论依据,促进其在实际工程中的应用。     

铜/铝双金属复合材料研究新进展

双金属复合材料能综合各基体金属的优异性能,弥补单一金属的不足,具有性价比高、成本低等特点,是目前材料研究领域的热点。铜/铝双金属复合材料作为一种典型的双金属复合材料,综合利用铜的高导电、高导热,以及铝的质轻、易焊接、低成本等优点,广泛应用于电力、热传输、汽车等领域,受到国内外研究人员的广泛关注。然而,制备铜/铝双金属复合材料的主要难点包括:(1)铜、铝两种材料均易氧化,且形成的氧化膜难以去除;(2)界面易形成硬脆的金属间化合物,危害铜/铝双金属复合材料的性能。近年来,研究人员不断完善现有工艺和开发新工艺,对界面形成机理、金属间化合物的生长调控、组元金属之间的尺寸与性能的匹配、变形与热处理协调、性能表征等方面进行了大量研究,并取得了丰富的成果。研究人员通过优化工艺参数、采用物理和化学方法控制界面金属间化合物的生长,提高界面结合强度;采用原位表征手段观察界面的相演变,探究界面结合机理;结合有限元模拟技术,开展铜/铝双金属复合材料变形、热处理和缺陷预测等方面研究,指导实际生产;综合评价铜/铝双金属复合材料的力学、电学、热学和耐腐蚀等性能,不断挖掘其应用潜力。本文归纳了铜/铝双金属复合材料的制备工艺,重点评析了组合复合工艺在制备铜/铝双金属复合材料的应用。综述了铜/铝双金属复合材料在界面组成、原位观察界面相的演变、界面性能评价和界面结合性能提升等方面的研究新进展,并预测了铜/铝双金属复合材料未来的研究方向。     

桥墩FRP复合材料防撞套箱蝴蝶型连接结构可靠性研究

FRP复合材料防撞套箱各节段间连接方式的可靠性直接影响其防护性能。对一座双塔三跨斜拉桥过渡墩上复合材料防撞套箱所采用的一种蝴蝶型插销连接结构的可靠性进行研究,分别进行了材料性能试验,缩尺模型结构拉伸强度试验,并根据试验结果定义了正交各向异性本构。采用Midas Fea与LS-dyna对连接结构的可靠性分别进行静、动力分析。结果表明,该连接结构可靠性良好,可保证防撞套箱充分发挥防护性能。     

Cf-Cu复合材料的性能特点、应用及制备方法

Cf-Cu复合材料是由碳纤维和铜采用适当方法制备而成的一种新型金属基复合材料,该材料综合了金属铜和碳纤维的性能特点,具有其它材料无以比拟的性能优势。本文详细论述了Cf-Cu复合材料良好的导电导热、良好的尺寸稳定性和抗摩擦耐磨损等性能及其原因,同时根据这些性能特点展望了它的应用领域以及该材料的制备方法,以便为科研工作者对该材料的研究开发及应用作理论参考。     

纤维复合材料 材料市场中的新型材料

<正>复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。这种新材料既保留原组成材料的重要特色,又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。纤维复合材料是复合材料按照结构分类中的一种,是以一种纤维     

体外预应力纤维增强树脂基复合材料筋混凝土结构研究进展

本文从纤维增强树脂基复合材料(FRP)筋、关键技术和构件三个主要方面综述了体外预应力FRP筋混凝土结构的研究成果。首先,介绍了预应力FRP筋拉伸性能和长期性能,给出了面向设计的FRP筋蠕变断裂应力值、松弛率及疲劳最大应力和应力幅限值。阐述了预应力FRP筋三种主要锚固技术的优缺点和减小锚固端应力集中的方法,重点介绍了近年来新开发的复合材料夹片锚具,其锚固效率系数高于90%;同时,基于转向FRP筋力学性能试验结果,建议转向半径不宜小于FRP筋半径的200倍,转向角度不宜大于5°。梳理了体外预应力FRP筋混凝土构件的试验研究结果(单调加载、长期持荷和循环加载),介绍了国内外规范中的设计方法,并基于既有文献中42根梁的试验结果评价了规范中计算方法的精度,验证了我国规范GB 50608—2020中体外预应力FRP筋混凝土结构设计计算方法的准确性。本综述将对体外预应力FRP筋混凝土结构的推广应用起积极推动作用。      

大吨位FRP复合材料拉索整体式锚固理论分析

针对大吨位纤维增强聚合物（FRP）复合材料拉索锚固问题,基于前期提出的一种适用于多根、大直径的FRP复合材料拉索整体式变刚度锚固方法（简称大吨位锚固）,利用应力-应变关系分析了FRP复合材料拉索加载端应力集中产生的本质原因,推导了FRP复合材料拉索与荷载传递介质协同工作的界面摩擦系数关系式。基于功能原理,推导了大吨位锚固体系的锚固力计算公式,并基于锚固力计算公式进行了参数分析。理论推导结果表明:等刚度荷载传递介质会引起FRP复合材料拉索加载端应力集中,变刚度荷载传递介质的大吨位锚固方法可以有效避免FRP复合材料拉索“切口效应”。推导的界面摩擦系数关系式能够作为FRP复合材料拉索与荷载传递介质是否同步跟进的判断依据。参数分析表明:增加锚固长度和锥角（保持加载端厚度不变）有利于设计较小尺寸大吨位锚固体系,而增加锥角（保持自由端厚度不变）和同时改变加载端与自由端厚度不利于设计较小尺寸大吨位锚固体系。      

纤维增强树脂复合材料约束超高性能混凝土轴压性能的细观数值模拟

利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型,以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性,并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析,研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明,本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响,且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明,随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大,试件极限承载力和延性均增大,而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展,但对试件强度和延性影响较小。      

面向水面光伏电站的UPVC-FRP复合浮体系统受力试验与模拟

传统水面光伏电站常采用塑料浮体结构,但其强度低、耐久性差、易沉没,因此该文提出了一种面向水面漂浮式光伏电站的复合材料浮体系统。该复合材料浮体圆管采用在UPVC塑料圆管外侧缠包玻璃纤维增强树脂基复合材料(FRP)制成,对其制造安装流程进行了详细介绍,并对其组成材料的力学性能以及UPVC-FRP复合圆管的平压和弯曲性能进行了试验研究。综合考量其受力特性和经济性,优选出合理的复合浮体系统。进而,基于双向流固耦合数值模拟方法研究了该浮体系统因风、浪、流作用引起的水动力特性。结果表明,该复合圆管浮体方阵结构具备抵御风、浪、流作用的能力,结构安全可靠,为该浮体系统适用水域环境的选择提供参考。     

浅谈FRP材料在桥梁隧道工程中应用

FRP材料在近年来的研究和实际应用中，都表现出很好的效果。文章介绍了FRP材料的特点和类型，主要探讨了FRP材料在桥梁隧道工程中的应用，并为提高FRP，材料在未来的应用提了一些建议。