復合材料在建設工程中的應用

 

 

  

發展歷史

    階段：七十年代-八十年代
           
          超大跨度橋梁- 設想與嘗試           座FRP公路橋 1983

    第二階段：八十年代末-九十年代
      
         FRP應用- 探索研究與初步應用 
             
         FRP加固技術的成功應用
                                  
    第三階段：本世紀初-現在
               
        廣泛研究與推廣應用 
 
        加固補強的巨大經濟效益和多種FRP應用形式

復合材料在建設工程中應用的新需求

鋼材需要合理替代

    我國基礎設施建設規模已超過上其他總和，鋼材需求量巨大 （2005年我國僅建筑行業用鋼即達1.73億噸，占鋼材總消耗量的一半）

    煉鋼所需的鐵礦石資源有限(可開采保有儲量僅115億噸，現每年開采量已近6億噸，進口依賴度很大)

    煉鋼過程中二氧化碳排放也較嚴重(1噸鋼生產排放2噸二氧化碳) 
 

    鋼材腐蝕是影響基礎設施耐久性的主要因素，已經成為性難題，給各國帶來巨大損失 （2000年調查數據，美國僅鋼筋腐蝕直接損失為4400億美元/年，占GDP的5%）

    海洋戰略需要在海洋環境中建造各種工領海主權程設施，而鋼材在海洋環境中極易腐蝕 （90%鋼海洋資源開發筋混凝土海港碼頭壽命7-25年，每年損失6000億）

全壽命周期成本小化

    基礎設施維護和整治已成為發達的承重負擔 
                            
    美國：修復既有橋梁需170億美元/年，但可用預算僅105億美元/年。                                                                                

    日本：2000年開始，基礎設施投資預算從50兆日元縮減至30兆日元，基礎設施維護費用從10兆日元增至30兆日元。
                                       
    ：基礎設施維護成本越來越高，社會壓力越來越大。

    全壽命周期成本小化已成為社會迫切需求

    （全壽命周期成本=建設、管養等成本+ 災害損失+環境成本+其他社會成本）                                                                           
                                                                       
    長壽命被公認為全壽命周期成本小化的有效方法，同時可大大減少資源消耗  

    （長壽命設計的“5倍定律” ：設計階段耐性省1元，鋼筋銹蝕、混凝土順筋開裂、嚴重破壞等狀態下維修分別需追加5元、25元、125元） 
             

重大工程結構性能急需提升

    部分結構存在短命及安全隱患問題
    （預應力混凝土大跨箱梁橋幾乎是“無箱不裂” ，結構下撓現象突出）

    極端荷載（地震、爆炸、沖擊）作用下重大結構的抗倒塌設計還沒有完全解決
  
    重大結構滿足各種快速修復要求的可修復性設計極其重要(生命線癱瘓將中斷社會正常運轉，如北京停產1天，損失38億）

                                 ――可修復性設計理論研究有待開展       重大工程結構的輕量化

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    超高層建筑、超大跨橋梁等重大工程結構85%以上是自重，是結構超越的瓶頸，同時巨大重量意味著結構的高負荷、高地震響應和高成本。    

            

       

發展前景

    背景：可持續發展戰略和海洋戰略

    1.FRP加固補強材料――成熟市場

    2.FRP筋替代鋼筋――新興市場

    3.FRP拉擠型材――新興市場

    4.FRP管混凝土――新興市場   

FRP用于加固補強

FRP用于配筋和預應力筋

橋梁     地下連續墻     碼頭

拉擠型材

化工冶金                

 水處理

冷卻塔 

          

污染防治     

     

   電力通訊

 海洋工程

建筑

 橋梁

交通設施 

 軍事機動

 應用需求

國標《結構用纖維增強復合材料拉擠型材》

對應于EN13706
【范圍】
    本標準適用于建筑、橋梁、電力設施等承力結構中使用的玻璃纖維增強復合材料拉擠型材，不適用于筋、索、片材和格柵。采用其他纖維增強的復合材料拉擠型材可參照本標準使用。
     
分類和標記         原材料

要求：外觀、尺寸及尺寸偏差、物理性能、力學性能、耐沖擊性、耐久性

測試方法

FRP管混凝土

結語

  1.  穩定、持續的需求與新機遇并存

  2.  成熟市場與新興市場并存

  3.  技術創新的作用顯著

  4.  規范化發展