复合材料加固基础设施中的混凝土结构

复合材料加固基础设施中的混凝土结构

与使用钢材或混凝土的传统修复材料相比,纤维增强聚合物 (FRP) 材料是理想的替代品。它们重量轻、耐腐蚀并具有卓越的机械性能。当考虑建筑的总成本时,它通常更便宜。

更新的结构指南

然而,结构用途和条件的变化意味着某些结构无法满足不断变化的要求,包括:

  • 增加活载和静载
  • 新的装载要求
  • 施工错误
  • 结构退化
  • 改变负载路径
  • 更新的设计和安全要求

FRP 具有结构性和耐久性,并且越来越多地被用作混凝土的替代/加固材料,特别是在预应力混凝土结构中和用作边坡稳定的锚固件。

它们还用于特殊结构,例如高速直线电机铁路轨道、医院的磁共振成像(MRI) 设备以及维修和修复工程。

FRP 用法示例

作为 FRP 使用的一个例子,对其道路和桥梁的分析发现,混凝土结构失效的一个主要原因是混凝土中钢筋和预应力钢筋的劣化。

所有混凝土运输结构都暴露在天气中,并且“通常位于侵蚀性环境中,例如水呈酸性的海洋位置和内陆水域交叉口。

在混凝土中,裂缝为侵蚀性环境的介质到达钢筋和/或预应力钢材开辟了路径。一旦发生这种情况,腐蚀氧化过程就开始了。

为了支撑这些结构,FDOT 正在用 FRP 钢筋和钢绞线取代传统的钢筋钢绞线。它们由纤维——玻璃 (GFRP)、玄武岩 (BFRP)、芳族聚酰胺 (AFRP) 或碳 (CFRP)——制成,并固定在聚合物树脂基体粘合剂中。

以下是玻璃钢型材的一些应用:

  • 引道板
  • 桥面板和桥面板覆盖层
  • 现浇平板上部结构
  • 挡土墙、隔音墙、围墙
  • 交通栏杆
  • 行人/自行车栏杆
  • 墙板
  • 墙顶
  • 排水结构

FRP 的特性

由于以下优点,FRP 复合材料现在被广泛用于更新现有结构,如桥梁、道路、水边建筑物、修复钢筋混凝土构件:

  1. 耐腐蚀:腐蚀是导致结构退化的最常见现象,尤其是在结构暴露于侵蚀性环境的情况下。例如,玻璃纤维在外部环境中的可持续性要高得多,即使在极热和极冷的情况下也不会变形,并且极 耐生锈和腐蚀
  2. 耐用:它对氯离子和化学侵蚀具有很强的抵抗力。在土木工程应用中,FRP 产品的维护和更换率要低得多,从长远来看是比钢材更具成本效益的选择。
  3. 无腐蚀性:玻璃纤维不会腐蚀(钢和其他金属会腐蚀)并且经久耐用,这使其成为在海滨环境或有腐蚀性土壤的地方建造建筑的首选材料。因此,它们适用于海滨木板路、水上桥梁和其他海滨位置。例如,拉挤玻璃纤维钢筋已被证明可以保持其机械性能和微观结构完整性超过 15 年。因此,拉挤型材增强了耐用性并减少了维护和更换的需要。
  4. 重量轻,抗拉强度高:它的抗拉强度大于钢,而重量仅为钢的四分之一。拉挤产品的重量比钢轻75%,从而减轻了最终产品的总重量。

在基础设施建设中,承重玻璃纤维钢筋用于减少热桥,一项关于 FRP 钢筋的研究发现,与钢相比,FRP 钢筋具有更高的纵向抗拉强度和更低的弹性模量和密度(钢为 550 MPa 和 200GPa相对于玻璃纤维钢筋的 1000 MPa 和 50GPa)。

总的来说,修复过程涉及人力成本和交通中断。使用 FRP 修复或升级混凝土构件可降低间接成本,并为项目所有者提供其他主要好处

a.易于安装

b.可定制的性能属性

c.项目的快速完成和耐久性。

d.易于搬运和运输意味着减少运输和施工。

FRP 的成本可以通过提高施工速度、减少劳动力成本和交通中断来抵消。复合材料可以延长旧结构或损坏结构的使用寿命,而对用户的影响很小或没有影响。土木工程师能够使用这种轻质且易于安装的材料快速完成项目,而无需处理移动/运输重型钢筋的成本。 

在过去十年左右的时间里,拉挤型材制造商已经生产出具有最小空隙和精确纤维排列的高质量建筑产品。越来越多的人接受和开发新的设计规范表明,复合材料有潜力以具有成本效益的方式建造和维护可持续的混凝土基础设施。

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