复合材料在土木工程中的应用研究

韩海英

[摘要]复合材料的应用是土木工程行业发展的必然。近年来，我国土木工程行业处于高速发展状态，科技的发展使很多新技术和新材料也被应用到该领域，其中尤以复合材料应用居多。人们也逐渐认识到将复合材料应用于土木工程的重要性，以提高土木工程建设质量，为土木工程行业提供广阔的发展前景。

[关键词]复合材料；土木工程；应用研究

复合材料是指采用物理或化学方式，组合多种材料，使其成为新型材料，并实现材料的性能延展。组成复合材料的各材料都有其性能优势，能够将复合材料的综合性能发挥到最大，以满足土木工程的发展需要。FRP即纤维增强复合材料，它拥有极为漫长的发展历史，上世纪五六十年代已被应用，其当前也逐步实现了发展和开拓。

1工程结构的加固补强

复合材料的应用很广，早已跨越了行業界限。其主要实施方法是在构件表面对玻璃纤维增强复合材料进行附着，并使其受力，确保原有材料具备较强的力学性能。上世纪八十年代，曾尝试混凝土结构外贴玻璃纤维增强复合材料内夹高强钢丝的加固方法，其具备较好的防腐性能，实现了混凝土与钢丝的同步应用。但是，该种方式并未得到全面推广。九十年代初期，应用碳纤维增强复合材料，对多跨连续箱梁进行加固，效果极佳。自此，纤维增强复合材料的加固结构修复技术得到了广泛应用，在很多工程实践中极具适用性。

纤维增强复合材料加固技术，不仅能够实现建筑工程的重建，而且有助于对震损结构进行加固和修复。其适用于钢、混凝土等各类型结构加固中。桥梁、建筑、隧道、地下架构、水利工程结构中，都开始对其进行应用。纤维增强复合材料的加固形式极为多样，主要包括应用纤维增强复合材料布对混凝土柱进行缠绕加固、在梁与板手拉面上对纤维增强复合材料片材进行粘贴、应用纤维增强复合材料片材对梁、柱构件进行包裹”。

2纤维增强复合材料

纤维增强复合材料中，纤维的含量一般在50%以上。纤维增强复合材料筋的重量相对较轻，在普通钢筋重量占比中仅为20%。但是，它极具强度方面的优势，是普通钢筋强度的六倍。正因该种材料具备较强的耐腐蚀性，逐渐开始替代钢筋，被用于土木工程领域。采用该种方式，能够对因钢筋侵蚀而造成的结构损伤进行有效规避，而结构的维护时间和费用也有所降低。与此同时，非磁性也是该复合材料的一大特性，部分特殊工程需要具备无铁磁眭，可选用该种材料。近年来，纤维增强复合材料在桥梁工程中的应用也日渐普遍。例如，悬索桥或者斜拉桥工程实施中，可选用该种材料作为缆索；混凝土桥梁中，也可选择该种材料作为预应力筋。

混凝土梁中，对纤维增强复合材料配筋的应用始于上世纪六十年代。其主要是采用纤维增强复合材料，对近海地区或寒冷地区的钢筋混凝土结构中的盐蚀危害进行有效控制。纤维增强复合材料在岩土工程的加筋土中也极具适用性。它的主要优势是安装简便、耐久性好、价格低，极具应用前景。

因科技水平的不断革新，我国现已生产出各类纤维增强复合材料筋、索产品和与之相配套的夹具等。纤维增强复合材料筋混凝土的研究重点是混凝土与纤维增强复合材料的截面粘接性能和特殊力学性能。无论是混凝土，还是纤维增强复合材料，其粘接性能都比较差，粘接性很大程度上取决于筋材和表面处理形式。纤维增强复合材料筋的弹脆性很好，假使混凝土构件采用纤维增强复合材料筋，其受力性也会有所不同。

3纤维增强复合材料结构

（1）纤维增强复合材料桥面体系，桥面设计过程中，择取纤维增强复合材料作为其主要面板，以实现结构内力控制，并有效解决环境侵蚀问题，使后期的维护成本不断降低，减少了不必要的资金浪费。采用新型板桥，能够减轻桥面重量，延长其使用周期。

（2）纤维增强复合材料轻质桥梁，其主要被用于人行天桥中，能够有效减轻上部构造重量。相较于传统结构，其在受力方面极具优越性，而且具备较强的承载力。然而，其不具备刚度方面的优势，可采用正确的方法，对其进行变形控制。它的主要受力特征是线性、变形和承载等各指标呈现正相关，即使尚未被完全破坏，变形问题也极为明显。近年来，纤维增强复合材料轻质桥梁的具体标准和要求仍然亟待完善。

（3）纤维增强复合材料编制网分析，该种结构具备明确的标准，采用正确的方式，实现FRP板条编织，在张拉作用下，结构体系会发生明显变化，且柔性很强。其主要实现方式是借助轻质特性，在大跨度结构界面内进行应用，实施效果极为突出，在大型土木工程中极具适用性。

（4）纤维增强复合材料杆间空间结构，该材料在空间结构系统中极具适用性，能够实现网架结构获取。而其网架杆件的形成主要依托于CFRP片的粘贴。在各角度和层次基础上，实现节点和锥头连接。该杆间空间结构具备较小的重量，工作时间短，施工过程极为便利，并具备较强的耐磨性，应对泄漏问题的控制，仅需要少量维修费用。土木工程施工中，当外部环境较差，或者结构跨度比较大，可选用该种施工形式，以充分发挥复合材料的优越性，使其达到良好的应用效果。

4结语

综上所述，将复合材料应用到土木工程中，作用极为突出。其应用过程复杂，涉及到的专业要素和技术特性也比较多。近年来，我国土木工程行业得到了快速发展，可依据实际工程背景，对纤维增强复合材料进行合理应用，确保其应用方式更加多样化，使土木工程建设更具可开拓性，达到良好的应用效果，保障土木工程的整体质量及性能。