CFRP 加固钢结构技术在船舶结构中的应用前景分析

王恒鑫 徐源 王宝平

【摘要】：建筑结构的加固技术在建筑当中发挥着重要的作用，从该角度出发，对CFRP技术进行研究，探究其在建筑結构及钢结构中的应用，并结合船舶结构的特点加以分析，通过探索，对该技术在船舶结构当中的作用以及可行性和未来发展前景有了更深层次的了解。

【关键词】：CFRP 加固钢结构 船舶结构

1引言

船舶的运行条件相对复杂，材料发生变化是在一定程度上出现的，主要由于载荷与环境等因素的共同作用，一定程度上引起了宏观力学的性能劣质状态出现，于是，船体结构受到了重创。要想确保船舶使用寿命，务必要在安全工作上下功夫。对于损伤构件要实行加固处理，结构性的损伤具有局部性和多发性特征，对此，不建议采取更换部件的工程举措。因为相对复杂，会造成极大的资源浪费，还会影响具体结构的正常使用。在船体结构加固技术的实施过程中，必然要追求经济实用，而主要阻碍在于技术。这也是相关领域是否能够获得可持续发展的重要因素。

2 建筑加固技术概念

在民用建筑领域，此技术已应用十几年，成熟度相对较高，并衍生了很多方法。上部结构和下部结构建筑方法不同。前者多采用加大截面加固法，体外预应力加固法，改变结构传力体系加固法，而后者也就是地基建设，托换地基处理和加大基础面积等方法最为有效。

2.1 传统结构加固法的优势

传统结构加固法之所以应用了许多年，主要由于具备一定优势。加大截面法和体外预应力法最为常用，即便被广泛使用，依然存在诸多不足，比如预应力法锚固构造较艰难，施工技术要求较高，施工难度也较大，稳定性和耐久性不足；而另外一种方法，主要存在施工周较长，对环境影响较大，截面尺寸无形中拓宽，减少空间的弊端。这是它们在应用中的局限性。

2.2 外部粘钢加固法的使用

上世纪60年代，出现了一种新材料叫环氧树脂粘结剂，以此形成了新加固方法——外部粘钢加固法。这种方法的粘性很强，可很好的将钢板牢牢固定在被加固构件表面。补强和加固功能异常突出。具有施工过程不需动火，加固后不变形，构建件的外在使用空间也不会被占据太多的特点，具备拓展加固构架的承载力和发挥其潜在的性能优势。

在美国，采取环氧树脂修复公路至少比我国早10年，10年后该技术已相对成熟。该产品被应用于各领域，成为水利工程设施加固的常用对象。又过了20年，对粘钢加固理论的研究层出不穷。学者们从各个角度，对此作了系统的探讨，夯实了粘钢加固技术的理论基础。欧美一些国家还提出了完善的技术使用标准。如此，建筑结构胶也相继问世。

我国是在欧美等国研制建筑胶十年后发明了CJ-1建筑结构胶；与此同时，福州大学也配置成功了环氧结构胶，这两种胶对建筑施工的加固起到了补强作用。在20世纪70年代，欧洲部分国家对我国研制做了进一步的探讨和研究。在该建筑结构胶基础上研制出了新一代的建筑结构胶，极大的推动了我国粘钢技术的发展。

3 CFRP加固技术说明

随着纤维增强复合材料的发明和使用，对增强复合材料加固法的重视程度加强，尤其CFRP加固技术受到了广泛关注。CFRP纤维增强复合材料，主要有三种类型：一种是碳纤维；一种是玻璃纤维；一种是芳纶纤维。目前使用最为广泛的是碳纤维，它是化学纤维中最主要的一种，具有高强度、重量轻、耐高温等特点。

该种纤维的使用，以树脂类胶作为材料基础，并将碳纤布或者板粘贴到被加固的结构表层。结构强度和刚度得以实现的主要途径是充分的发挥了碳纤维自身的特点。

碳纤维增强复合材料不仅提高了抗剪切能力，有效防止借建筑结构在地震时发生翠脆裂性破坏，而且也增强了建筑结构的抗弯曲能力，提高了其承受能力，确保了结构安全。有利于延长结构的使用寿命，对结构起到了充分的保护作用。推迟了裂缝的出现，加强了结构的牢固程度，抵抗裂缝的功能随之增强。采用碳纤维纤维增强复合材料，比任何传统加固技术都有优越性，能极大的提高建筑结构的坚固程度。

4 CF RP加固钢结构技术在船舶上的应用

从造船材料的种类来讲，分为很多。然而，使用最多的钢质船舶。尤其涉及到大中型船舶，此种材料使用更多。原因很简单，因为钢制材料相对坚固。可将船体当作变截面空心梁。甲板和船底分别是传梁的上下翼板，船舷即为船梁的腹板，它们共同承受着无比重大的压力，而要保证船体不受弯曲，需坚固的材料做支撑。局部结构也如此，钢结构可使整体船体得以加固。

然而，传统船体具有复杂性特点。因为舱室内设置了很多设备，而它们具有一定的重量，这就给粘贴施工带来了难度。一方面要减少不必要的内部结构设计，避免粘贴施工难度递增；另外一方面针对错综复杂的管系，要采取CFRP碳纤维布来粘贴补强，以已处理掉不必要的缝隙，进而加固船体结构，克服施工难度，促使航行安全，增加船舶实用功能。

5 小结

建筑加固技术发展数年，积累了丰富的经验，技术应用也相对成熟。CFRP加固技术，在理论和实践上都取得了卓越的成就，保障了相关行业推进，促进钢结构加固领域的获得全面发展。事实证明，绝大部分船舶结构都属于钢结构范畴，而船体本身结构又相对复杂和特殊，于是，CFRPC船舶加固技术应用于船舶结构中，无疑恰如其分，也充分发挥了其技术优势，对技术水平的延伸和继续创新也有更大的促进作用。

【参考文献】：

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【2】 侯发亮.建筑结构粘结加固的理论和实践[M]，武汉：武汉大学出版社，2017.

【3】 邓军，黄培彦.CFRP加固钢梁的设计方法研究[J].世界桥梁，2016，（3）：62-65.