复合材料在建设工程中的应用

 

 

  

发展历史

    阶段：七十年代-八十年代
           
          超大跨度桥梁- 设想与尝试           座FRP公路桥 1983

    第二阶段：八十年代末-九十年代
      
         FRP应用- 探索研究与初步应用 
             
         FRP加固技术的成功应用
                                  
    第三阶段：本世纪初-现在
               
        广泛研究与推广应用 
 
        加固补强的巨大经济效益和多种FRP应用形式

复合材料在建设工程中应用的新需求

钢材需要合理替代

    我国基础设施建设规模已超过上其他总和，钢材需求量巨大 （2005年我国仅建筑行业用钢即达1.73亿吨，占钢材总消耗量的一半）

    炼钢所需的铁矿石资源有限(可开采保有储量仅115亿吨，现每年开采量已近6亿吨，进口依赖度很大)

    炼钢过程中二氧化碳排放也较严重(1吨钢生产排放2吨二氧化碳) 
 

    钢材腐蚀是影响基础设施耐久性的主要因素，已经成为性难题，给各国带来巨大损失 （2000年调查数据，美国仅钢筋腐蚀直接损失为4400亿美元/年，占GDP的5%）

    海洋战略需要在海洋环境中建造各种工领海主权程设施，而钢材在海洋环境中极易腐蚀 （90%钢海洋资源开发筋混凝土海港码头寿命7-25年，每年损失6000亿）

全寿命周期成本小化

    基础设施维护和整治已成为发达的承重负担 
                            
    美国：修复既有桥梁需170亿美元/年，但可用预算仅105亿美元/年。                                                                                

    日本：2000年开始，基础设施投资预算从50兆日元缩减至30兆日元，基础设施维护费用从10兆日元增至30兆日元。
                                       
    ：基础设施维护成本越来越高，社会压力越来越大。

    全寿命周期成本小化已成为社会迫切需求

    （全寿命周期成本=建设、管养等成本+ 灾害损失+环境成本+其他社会成本）                                                                           
                                                                       
    长寿命被公认为全寿命周期成本小化的有效方法，同时可大大减少资源消耗  

    （长寿命设计的“5倍定律” ：设计阶段耐性省1元，钢筋锈蚀、混凝土顺筋开裂、严重破坏等状态下维修分别需追加5元、25元、125元） 
             

重大工程结构性能急需提升

    部分结构存在短命及安全隐患问题
    （预应力混凝土大跨箱梁桥几乎是“无箱不裂” ，结构下挠现象突出）

    极端荷载（地震、爆炸、冲击）作用下重大结构的抗倒塌设计还没有完全解决
  
    重大结构满足各种快速修复要求的可修复性设计极其重要(生命线瘫痪将中断社会正常运转，如北京停产1天，损失38亿）

                                 ――可修复性设计理论研究有待开展       重大工程结构的轻量化

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    超高层建筑、超大跨桥梁等重大工程结构85%以上是自重，是结构超越的瓶颈，同时巨大重量意味着结构的高负荷、高地震响应和高成本。    

            

       

发展前景

    背景：可持续发展战略和海洋战略

    1.FRP加固补强材料――成熟市场

    2.FRP筋替代钢筋――新兴市场

    3.FRP拉挤型材――新兴市场

    4.FRP管混凝土――新兴市场   

FRP用于加固补强

FRP用于配筋和预应力筋

桥梁     地下连续墙     码头

拉挤型材

化工冶金                

 水处理

冷却塔 

          

污染防治     

     

   电力通讯

 海洋工程

建筑

 桥梁

交通设施 

 军事机动

 应用需求

国标《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》

对应于EN13706
【范围】
    本标准适用于建筑、桥梁、电力设施等承力结构中使用的玻璃纤维增强复合材料拉挤型材，不适用于筋、索、片材和格栅。采用其他纤维增强的复合材料拉挤型材可参照本标准使用。
     
分类和标记         原材料

要求：外观、尺寸及尺寸偏差、物理性能、力学性能、耐冲击性、耐久性

测试方法

FRP管混凝土

结语

  1.  稳定、持续的需求与新机遇并存

  2.  成熟市场与新兴市场并存

  3.  技术创新的作用显著

  4.  规范化发展