复合材料建筑工程应用(上)

  英国莫塞(Maunsell)结构塑料公司在过去十多年中,曾先后开发不少先进复合材料应用于建筑工程的实例,并获得成功,例如A19 Tees 旱桥和阿尔伯高尔夫公路桥等。 该公司在复合材料材料、结构、设计等方面,已经逐步形成了一个体系,称谓“莫塞结构塑料先进复合材料系统”(ACCS) 本文将简单介绍复合材料建筑工程应用在桥梁建筑和房屋建筑中的几种成果,以及它们的设计原理及应用前景。

  一、阿尔伯泰河口复合材料桥
  用先进复合材料制造的,上座箱式承托桥,已在1992年10月在英国阿尔伯泰河口正式建成使用。这座跨度为63米,总长为113米的复合材料桥,系采用多孔拉挤件构成,在结构体系建桥材料及其建造等方面,都有其独特的创新。该桥由ACCS(莫塞结构塑料先进复合材料系统)构成,不但具有传统结构的特点,而且在承受震动方面,有它的优异性能。自该桥建成以后,经受了长期的风和水流冲刷浸蚀,性能仍然完好。
  这种复合材料结构桥具有如下的特点:
  1、选用了不设中间支撑的结构形式及体系,可以承受跨度较大,河水快速流动和突发性的事件;
  2、可利用环氧粘结技术,进行现场安装施工,并确保整体桥的佳性能;
  3、复合材料部件组分含量选用佳配比,并采用多孔结构形式;
  4、材料颜色可根据环境的情况,进行本体着色;
  5、材料本身很轻,易于安装,6个学生利用8个星期的假期,就可安全地安装而成;
  6、复合材料桥梁几乎不需要维护,减少了大量的维修费用。
  这种称为Parafil箱式结构件,使用了凯芙拉纤维,具有现场操作简便,以及长期性能稳定等特点并且其结构设计和安装施工方案也都很合理,十分实用。

  二、ACCS系的技术要求
  该公司通过多年的努力和探索,对ACCS系统已有了全面的掌握,例如复合材料结构件有关的几项技术要求:
  1、与树脂含量相比,有较高的玻纤含量;
  2、发挥了连续纤维,尤其的发挥出无捻粗纱的高效能作用;
  3、无论从总体上,或是在局部上,制品的几何尺寸都较为准确,从而确保了桥梁的质量;
  4、该系统结构的设计及其形式的安排,已能充分发挥出所使用材料的佳特性;
  5、该结构系统的强度和刚度的设计数值和实际测得的数值,均较为统一,例如对于每块墙体及其各自的模量,以及整体建筑结构等方面。这一点,对于工业民用建筑,显得尤为重要。
  目前,该公司已基本实现利用计算机,对ACCS系统完成全部的设计过程,并且将高水平的建筑结构,例如建筑物使用100年以上的安全性、可靠性、耐久性等目标,与比较低的造价结合起来,以满足建筑业和使用部门的要求。这种有标准规格尺寸的薄壁多孔拉挤件,由于采用了许多新技术,因而成功地开辟了玻璃钢在这些结构件方面的应用领域。如在阿尔伯桥两端的竖塔,就是采用ACCS系统一个成功的例子。并且,该建筑物成功地应用环氧粘结剂,进行整体拉挤制品的粘结,而没有采用常用的机械锚固的方法。
  该公司还与DSM树脂公司 、Vetrotex有限公司、Ciba 聚合物公司和CU桥梁公司,共同进 行过一次高速公路桥的拉挤复合材料支撑梁的试验,在经历了8个月之久的极限加载试验、耐久试验和抗蠕变试验后,证明ACCS结构体系的效果较为令人满意。