座FRP纖維網增強混凝土人行橋



 一座由德國亞琛工業大學設計的新型橋梁修建在阿爾布施塔特(Albstadt),結構形式為FRP(纖維增強塑料)纖維網增強混凝土人行橋(簡稱TRC橋梁),是上座將FRP纖維網作為增強材料的混凝土橋梁。該橋不使用鋼筋,結構厚度薄、重量輕,具有高耐久性。

何為TRC

纖維編織網增強混凝土( textile reinforced concrete, 縮寫為TRC),是以水泥凈漿、砂漿或混凝土作為基材,以適量的非連續的短纖維或連續的長纖維作為增強材料,均布地摻和在混凝土中,從而形成的一種新型增強建筑材料 。因其良好的承載能力、高韌性、不腐蝕、防磁化和薄壁輕質而被認為本世紀有前途的結構形式之一。



由于架橋地點防凍劑導致的鹽害影響較大,為滿足抗鹽害的性能要求,決定修建TRC橋梁。

1FRP纖維網具有抗鹽害的性能,混凝土保護層小可控制為20 mm,以實現結構纖細的造型和高質量的外觀。

2TRC橋梁具有高密度的混凝土表面,不需要橋面鋪裝層,減少了維修養護,更經濟。

3TRC橋梁比鋼筋混凝土橋梁使用的混凝土量少,大幅度減少了CO2的排放量,有利于環境保護。

4TRC橋梁的壽命周期成本是鋼筋混凝土橋梁的1/3。

TRC橋梁通常采用抗堿玻璃纖維和碳纖維作為主材料,碳纖維具有非常高的抗拉強度(3000 MPa)。由于碳纖維直徑只有數微米,纖維間間隙小,混凝土砂漿不能進入碳纖維束內部,不能很好地將應力傳遞給纖維整體。

而進行環氧樹脂浸漬的纖維網,環氧樹脂浸透到纖維深處,緊密連接纖維間,可將應力傳遞到所有的纖維上。環氧樹脂浸漬后的碳纖維束抗拉強度比沒有浸漬的高出2倍以上。環氧樹脂浸漬固化后的纖維網可保持形狀,方便加工。該橋使用的碳纖維束彈性系數為2.4×10^5 MPa,環氧樹脂浸漬固化后的抗拉強度為3 215 MPa。

該橋采用數百根碳纖維束編織成間距38 mm的纖維網,為使其縫隙間充分填充混凝土,使用大粒徑5mm的骨料制作細粒度且高強度的混凝土?;炷翀A柱體抗壓強度70 MPa,立方體抗壓強度85 MPa,軸心抗壓強度90 MPa,抗彎強度10 MPa。

該橋橋長15.55 m,為U形截面的下承式梁橋,橋面全寬2.94 m,大梁高1.17 m。主梁橫截面采用2層碳纖維網,將纖維網制作成片狀和U形,U形纖維網用于橋梁轉角位置。該橋不使用鋼筋,彎矩和剪力由纖維網負責承擔。

根據混凝土保護層厚度(20 mm)和纖維網小彎曲半徑(約8 mm),橋梁構件的厚度盡可能薄。因此該橋側壁厚70 mm,橋面板厚90 mm??紤]到行人和自行車通行以及冬季除雪作業,橋面板上部設10 mm厚的鋪裝層作為磨耗層。

該橋纖維網的安裝可以在2 h內完成?;炷敛捎米悦軐嵒炷?,不需要振搗,因此可以在幾小時內完成澆筑,澆筑后覆膜養生。2 d后,工廠預制的主梁脫模后運至現場,使用2臺輪胎式起重機架設,2 h后就可開放通行。該橋從制作到投入使用只需要幾天時間。

為了驗證該橋的性能,德國亞琛工業大學采用足尺模型進行荷載試驗,結果表明,結構是安全的。