复合材料科学与工程

刘伟庆, 方海, 祝露, 庄勇

2014, 0(12): 5-12.

摘要 ( 41 )

PDF (3776KB) ( 40 )

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准确预测船撞作用下的桥墩受力值,对评估船桥碰撞后桥梁的安全性及进行合理防撞结构设计具有重要意义。由于船舶与桥梁均具有复杂的结构形式和受力行为,因此船撞力的准确计算目前主要借助于有限元数值模拟。本文围绕润扬长江大桥北叉斜拉桥展开防撞设计,首先应用经验公式预估船撞力,然后通过ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件模拟了3000t级船舶满载正撞、满载正桥向20°和满载侧桥向20°撞击北汊桥的下塔柱,归纳在各种工况下的碰撞能量和碰撞力时程曲线,进而与经验公式值进行对比;在此基础上,进行了桥梁防船撞系统的结构设计,并利用有限元软件分析对比桥墩是否设置防撞系统两种工况下所受的撞击力值。研究结果表明,各国经验公式计算结果相差较大,必须结合有限元仿真模拟计算船撞力;同时本文设计的自浮式D350型圆形截面复合材料防船撞系统具有大变形能力与良好的缓冲吸能效果,可以同时减轻桥墩与船舶的受损程度;有限元分析表明桥墩设置防撞系统后,所受的撞击力可下降34%。

FRP与海砂混凝土组合应用的发展与创新

冯鹏, 王杰, 张枭, 叶列平

2014, 0(12): 13-18.

摘要 ( 82 )

PDF (2472KB) ( 80 )

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海砂的资源化开采和应用不仅能解决沿海地区建筑用砂紧缺的难题,而且对环境、资源保护有重大意义。本文回顾了已有的钢筋海砂混凝土结构应用,钢筋锈蚀带来的建筑质量问题十分严峻,虽然可以用严格的海砂淡化方法避免,但是需要消耗大量的淡水资源,使用受限且综合效益低。而FRP耐氯盐腐蚀,性能优异,海砂混凝土与其组合应用可从根本上避免锈蚀问题,目前已有了一系列应用形式,而且未来发展前景广阔。本文介绍了已有的相关研究,并针对我国海洋开发的重大需求提出了一种面向海洋的新型FRP海砂混凝土组合结构,为海砂混凝土与FRP在工程建设中的应用提供了新的思路。

玄武岩纤维网增强海砂水泥基薄板的力学性能研究

谢燕, 邓军, 黄莉根

2014, 0(12): 19-24.

摘要 ( 44 )

PDF (1623KB) ( 40 )

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水泥混凝土构件中利用纤维材料替代钢材,不但可以起到增强效果,还可以有效避免钢筋锈蚀的发生。本文利用我国自主研发的玄武岩纤维网对海砂水泥基薄板进行增强,试验结果表明,玄武岩纤维网的抗拉强度决定了水泥基薄板的拉伸强度,随纤维网层数的增加薄板拉伸强度大幅提高,纤维网增强薄板的拉伸强度略低于钢丝网增强薄板,但延性较好;利用玄武岩纤维网增强的薄板其弯曲韧性和抗弯承载力均优于钢丝网增强薄板,且相应的指标显著高于规范要求。

新型FRP拉挤夹芯型材及其结构应用初探

齐玉军, 熊伟, 刘伟庆, 陆伟东

2014, 0(12): 25-30.

摘要 ( 28 )

PDF (5882KB) ( 38 )

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FRP拉挤夹芯型材是指采用拉挤成型工艺制作的复合材料夹芯构件,其外侧为FRP面层,内部为泡沫、轻木等轻质芯材,具有轻质高强、局部承压能力强、FRP面板不易屈曲、生产效率高、质量稳定等优点。以泡桐木和杨木等轻木、无碱玻璃纤维以及不饱和聚酯树脂为原材料,对FRP夹芯型材的拉挤成型工艺进行了研究,成功制造了不同截面形式的FRP拉挤夹芯型材,并对其界面性能、弯曲性能、轴心受压性能进行了试验研究。对FRP拉挤夹芯型材的工程应用进行了探讨,并对实际工程——玉竹楼项目进行了介绍。

FRP在功能结构一体化非线性建筑中的应用

孟鑫淼, 冯鹏, 黄盛楠

2014, 0(12): 31-35.

摘要 ( 22 )

PDF (5684KB) ( 112 )

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非线性建筑因其连续流动、易于与周边环境融合的特点,在世界范围内受到越来越多建筑师的关注,但也给传统线性建造模式和结构设计方法提出新的挑战。传统建筑的能耗居高不下,对于改善建筑保温节能体系提出了新的要求。FRP(Fiber Reinforced Polymer)及其夹芯板是一种轻质高强、施工方便、可设计性强的新型结构材料,能够满足非线性建筑的结构需求;FRP外表皮覆盖柔性太阳能电池,构成集光伏发电、保温隔热、耐腐蚀等功能与轻质高强等结构特性于一体的功能结构一体化体系,能够满足非线性建筑的能源需求。本文总结了现有功能结构一体化非线性建筑中FRP的应用研究,以期对未来的应用提供一定参考。

泡沫填充GFRP复合材料圆筒的轴向压缩吸能特性

范学明, 王璐, 刘伟庆, 陈浩

2014, 0(12): 36-40.

摘要 ( 42 )

PDF (3765KB) ( 46 )

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泡沫填充圆筒是一种新型碰撞吸能结构,具有较好的吸能特性,现已广泛应用于汽车安全设计、航天器回收等领域。本文提出了一种以聚氨酯泡沫(PU)作为芯材,外侧缠绕玻璃纤维布并通过树脂室温固化形成的新型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筒体结构。通过这种泡沫填充GFRP圆筒的轴心受压试验,研究了泡沫密度、外壁厚度以及筒体高度对泡沫填充GFRP圆筒的力学性能与吸能能力的影响。

采用GFRP筋作为约束构件的体内不配筋混凝土板带的工作性能研究

杨健彬, 郑愚, 魏木旺

2014, 0(12): 41-46.

摘要 ( 25 )

PDF (4186KB) ( 41 )

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本文建立一种基于压缩薄膜效应(Compressive Membrane Action,CMA)的采用GFRP筋作为体外约束构件的预制混凝土桥面板,并对其在静力荷载作用下的工作性能进行试验研究。通过将试验与传统桥梁面板结构进行对比发现,本文采用GFRP的新型预制桥面板与传统桥梁面板结构相比,极限承载力提高了57%左右;采用GFRP材料作为体外约束构件,合理使用面板内压缩薄膜效应作为承载机制,充分利用GFRP材料良好的抗拉性能和耐久性提高了结构的可持续性。

矩形FRP-钢复合管混凝土短柱的轴压试验研究

魏洋, 李国芬, 端茂军

2014, 0(12): 47-51.

摘要 ( 26 )

PDF (5483KB) ( 64 )

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本文通过9根矩形FRP-钢复合管混凝土短柱的轴压试验,研究截面倒圆角、FRP类型、FRP层数对其轴压性能的影响。研究结果表明,对于矩形FRP-钢复合管混凝土短柱,倒圆角可改善其截面角部的应力集中效应,改善FRP在截面角部的受力,提升FRP的增强效果;FRP约束能够延缓和抑制钢管的局部屈曲,相对于钢管混凝土对比柱,FRP-钢复合管混凝土柱的承载力和延性均有显著提高;对比不同FRP类型,CFRP对承载力及屈服后刚度的提高优于BFRP。

复合材料预紧力齿连接技术研究现状与进展

赵启林, 高一峰, 李飞

2014, 0(12): 52-56.

摘要 ( 24 )

PDF (5722KB) ( 39 )

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复合材料预紧力齿连接是一种适合大承载构件、具有高连接效率的连接技术,已展现出良好的应用前景。本文简述了复合材料预紧力齿连接技术在破坏模式、传力机理与设计计算方法等方面的研究进展,介绍了该技术在两个典型结构中的应用情况,最后展望了该技术的应用前景,提出了该技术在基础性研究方面有待完善的工作。

复合材料快速连接抗拉接头受力性能研究

熊建武, 冯鹏, 徐进, 张龑华

2014, 0(12): 57-62.

摘要 ( 30 )

PDF (5925KB) ( 44 )

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分析了复合材料轻质桥梁中的快速连接接头的受力,提出了一种大拉力接头的构造,完成了一批接头的拉伸试验和桥跨模型试验,证实了接头具有足够的承载能力,并依据破坏模式建议了接头的改进构造。还采用有限元软件对桥跨模型试验中的接头进行了分析,其破坏模式和破坏承载力与试验吻合。

复合理论预测国产碳纤维复合材料筋拉伸强度的离散性研究

王彬, 杨勇新, 岳清瑞, 李彪

2014, 0(12): 63-67.

摘要 ( 23 )

PDF (1292KB) ( 56 )

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采用经典复合材料混合率公式[σ]=σ_fV_f+σ_m(1-V_f)预测国产碳纤维复合材料(CFRP)筋拉伸强度与实测值存在较大误差。本文通过大量实验分析,分别研究复合材料界面粘结性不同,碳纤维、树脂力学性能、体积含量不同,以及复合材料宏观尺寸、形貌差异等对国产CFRP筋拉伸强度及其预测值的离散性影响规律,并对影响因素进行评价。综合试验数据,提出CFRP筋轴向拉伸强度混合率公式修正因子。

水浸泡对碳纤维拉挤杆的水吸收与剪切强度影响

郝信凯, 黄胜德, 张红卫, 咸贵军

2014, 0(12): 68-73.

摘要 ( 22 )

PDF (2497KB) ( 58 )

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本文研究了东丽T700与国产碳纤维增强环氧树脂基拉挤杆在20℃和60℃蒸馏水浸泡下的水吸收与剪切性能变化。结果表明,随着温度升高,水扩散速率提高,且沿纤维方向的水扩散系数高于垂直方向。浸泡7d后,碳纤维拉挤杆的剪切强度均发生明显下降,但随着浸泡时间延长,20℃水浸泡试样的剪切强度反而有所上升,而60℃水浸泡试样的剪切强度继续缓慢下降。比较而言,国产碳纤维增强拉挤杆的剪切强度相对较高,界面粘结强度大,但耐水性能相对较差,浸泡后期的强度下降更为明显。

基于微观分析的GFRP浸水老化弯曲性能研究

黄杨, 方园, 刘伟庆, 杨曙兰

2014, 0(12): 74-78.

摘要 ( 19 )

PDF (5796KB) ( 44 )

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本文开展了玻璃纤维增强复合材料(GFRP)在去离子水和NaCl溶液中常温浸泡前后的质量、弯曲强度、弯曲模量、腐蚀深度变化的研究,并基于微观分析研究了GFRP片材在去离子水和NaCl溶液中浸泡后的弯曲性能。研究结果表明,GFRP置于不同的溶液中,吸水率均呈现先上升后趋于平稳的趋势;GFRP在去离子水环境中的吸水率约为在NaCl溶液中的2倍;GFRP置于去离子水和NaCl溶液中120d后,片材的弯曲强度和模量均发生先上升后下降的变化;相同浸泡时间下,片材在去离子水中的腐蚀深度大于在NaCl溶液中的腐蚀深度。

碳纤维筋锚固性能试验研究

李彪, 杨勇新, 岳清瑞

2014, 0(12): 79-83.

摘要 ( 24 )

PDF (1843KB) ( 52 )

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为了改善CFRP筋粘结型锚具的锚固性能,通过静载试验研究了粘结介质、CFRP筋不同表面形状、锚固长度、锚固端处理方式对锚固性能的影响。结果表明,在其它条件相同的情况下,环氧结构胶对CFRP筋的锚固性能较好,膨胀混凝土较差;CFRP筋的表面形状显著影响其锚固性能;CFRP筋锚固端环氧胶膜粘石英砂对锚固性能最好,环氧树脂粘砂次之,打磨处理最差;5mm和7mm光圆筋,建议进行环氧胶膜粘砂,锚固长度为250mm时,锚固效果最佳;8mm和16mm螺纹筋,环氧树脂粘砂,在锚固长度为250mm、330mm时,可使材料充分发挥性能。

GFRP筋混凝土桥面板剪切承载力理论算法研究

郑愚, 孙璨, 杨健彬, 邓拓

2014, 0(12): 84-90.

摘要 ( 18 )

PDF (1788KB) ( 35 )

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采用玻璃纤维复合筋(GFRP Bar)材代替钢筋能够有效解决传统钢筋混凝土桥面结构由于钢筋锈蚀所引起的结构功能退化问题。过去试验研究表明在FRP筋混凝土桥面承受集中荷载作用下,冲切破坏模式是一种常见的破坏模式。本次研究采用现有规范及已经发表抗冲切承载力计算模型对多组混凝土桥面板试验结果进行冲切承载力预测。通过与试验结果对比发现,由于大多数理论模型是基于简支构件试验结果建立的经验公式,其无法准确计算FRP筋混凝土桥面结构的冲切承载力。笔者前期建立的GFRP筋混凝土桥面板承载力理论方法考虑了拱效应的作用,计算结果与试验结果有较好的吻合。理论分析中发现,由于较高配筋率和较小跨高比,大部分GFRP筋混凝土桥面板发生剪切破坏而非弯切破坏。因此本文建立了简化的GFRP筋混凝土板剪切承载力计算方法,该模型计算结果与多个试验结果吻合良好。

横隔板增强型泡沫夹芯复合材料梁抗剪性能试验研究

王慧, 齐玉军, 刘伟庆

2014, 0(12): 91-96.

摘要 ( 28 )

PDF (4428KB) ( 45 )

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复合材料泡沫夹芯结构易发生芯材剪切破坏,需对泡沫芯材进行增强。本文对比分析了不同增强泡沫夹芯结构的增强原理、芯材对界面性能和抗剪能力的贡献以及各自的局限;采用真空导入工艺制作了横隔板增强泡沫夹芯梁,并对其进行了剪跨比为3的三点弯试验,研究了横隔板及其间距对泡沫夹芯结构抗剪性能的影响。试验结果表明,横隔板的存在能有效提高构件的延性,且横隔板间距越小,延性越好,改善了泡沫夹芯结构脆性破坏的特性;但横隔板增强对夹芯梁强度和刚度的影响不大,该结果与垂直缝纫增强泡沫夹芯结构的试验结果类似。横隔板增强泡沫夹芯结构具有良好的设计性,其制作过程比较简单,可改变横隔板角度或采用双向隔板增强,从而在保持延性的优势下,提高其强度和刚度。

拉挤成型复合材料夹芯桥面板弯曲性能试验研究

熊伟, 齐玉军, 刘伟庆, 施冬

2014, 0(12): 97-100.

摘要 ( 17 )

PDF (3265KB) ( 37 )

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拉挤成型复合材料夹芯桥面板系采用拉挤成型工艺制作的轻木夹芯复合材料板材,具有质量轻、强度高、刚度大、耐久性好、生产效率高等优点。本文以杨木、无碱玻璃纤维以及不饱和聚酯树脂为原料,采用拉挤成型工艺制作了复合材料夹芯桥面板,对其进行了三点弯试验,得到了其破坏模式和弯曲力学行为。试验结果表明,与带肋腹板空心桥面板相比,拉挤成型复合材料桥面板弯曲承载力提高了87%,抗弯刚度提高了24%。

GFRP人行桥设计探索

袁渐超, 任司南, 熊皓, 刘保良

2014, 0(12): 101-112.

摘要 ( 27 )

PDF (2838KB) ( 60 )

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为研究复合材料在桥梁工程中的应用,以天津某复合材料人行桥为研究对象,采用ANSYS 11.0建立该桥空间有限元模型,对其进行结构验算与分析。分析结果表明,通过合理的结构设计和材料设计,复合材料桥梁可以满足现行的规范要求。最后探讨了复合材料桥梁设计面临的技术困难——结构设计准则和结点连接技术,并根据当前国内外复合材料的发展和环境恶化的加剧,对复合材料桥梁的应用前景做了展望。

行业资讯目录

2014, 0(12): 113-126.

摘要 ( 11 )

PDF (3035KB) ( 10 )

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