【整理】浅谈芳纶纤维布在结构加固工程中的应用.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流【2017年整理】浅谈芳纶纤维布在结构加固工程中的应用.精品文档.浅谈芳纶纤维布在结构加固工程中的应用本文主要介绍了路威2008芳纶纤维AFRP复合材料,由于其轻质高强、高弹模、耐腐蚀性能好、不导电、抗冲击性能好等一系列特点,所以它在结构工程中的应用技术主要是桥梁、隧道、地铁、海港码头工程以及一些工业产房等建筑中有着广泛的应用领域,特别是在混凝土结构的加固与修复领域。1、引言土木工程学科的发展,在很大程度上依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。如对于传统的钢筋增强材料,应寻找一种强度高、重量轻、耐腐蚀和耐久性好的新材料;同时,对于既有结构
2、的加固、维修和改造又要经济、施工方便、美观,施工后结构承载力明显提高等优异的物理力学性能的材料及技术所代替。土木结构工程常用的FRP复合材料主要有芳纶纤维(AFRP),碳纤维(CFRP)和玻璃纤维(GFRP),其材料形式主要有片材、棒材和型材。所有的FRP都有一些共同的性质:轻质高强、高弹模、在拉断前均为弹性,热膨胀系数低、各向异性、耐腐耐久性能好等,所以在土木结构工程中应用潜力巨大。另外,FRP复合材料使用维护成本低、可以自由裁减、节省材料、施工便捷,虽然其前期投资较大,但从长期投资的角度看效益明显。2、材料的基本特性本文提供了一种新型的用于土木结构工程的材料及相应的技术,路威2008芳纶纤
3、维,其主要成分是对苯二胺聚合物(PPTA),其中既含脂肪族主链又含芳香族主链,所以有牢固的分子结构,路威2008芳纶纤维是由直径为12um左右的单丝汇集在一起形成的多纤维状结构,芳纶布是芳纶纤维由单向或双向排列形成的一种片材,常用的是单向片材,它的力学性能指标主要如下表:表1 芳纶纤维布(单向)的主要性能指标规格单位重量幅宽抗拉强度弹性模量保证强度设计厚度(g/m2)(mm)(Mpa)(Gpa)(KN/m)(mm)AFS-40280100,300,50020601184000.193AFS-60415100,300,50020601186000.286AFS-90623100,300,5002
4、0601189000.430AFS-120830100,300,500206011812000.572它除了具有所有的FRP复合材料共同性质:轻质高强、高弹模、防腐耐久性能好等特点,其次,它还有自己独特的特点,抗碱腐蚀能力强、不导电、抗动载、抗冲击性能好,这就使它在海港码头工程;绝缘性要求高的场所如地铁、隧道及电气化铁路上路桥的施工;抗疲劳要求高的地方和冲击大而频繁的构件等,另外,由于它是一种有机材料,所以和同是有机材料的树脂的浸透能力比其它FRP材料强,芳纶固化时间是其它FRP材料的1/3-1/4,经济效益相应就提高了,有着其它FRP材料所不能比的优势。3、芳纶布在结构加固工程中应用领域梁:
5、主要是桥梁和民用建筑或工业产房,加固的方式包括抗弯和抗剪,在进行抗弯加固时,芳纶布的纤维方向与梁的轴向一致,一般贴在梁的受拉侧,已提高梁的承载能力,据有关试验得出,只要该梁不是超筋梁,贴一层AK-40可以提高承载30左右,贴两层可以提高40左右;在进行抗剪加固时,芳纶布的纤维方向与梁的轴向垂直。柱子:芳纶布是一种理想的柱子加固材料,首先,因为芳纶的弹模是118Gpa,相对于碳纤维(弹模230Gpa),所以它的延性较好;其次,在进行棱角打磨时一般只需要10mm左右,一般不需打磨,而碳纤维则需要30mm左右,芳纶就可以节约很多工时,最后,由于芳纶布是一种柔软的布,所以追随性很好,特别是对于形状不规
6、则的承台,芳纶布是一种理想的加固材料。砌体、板:一般对于板的加固净空要求比较高,而且加固后要不影响其外观,所以用厚度很薄且柔软的FRP复合材料进行加固是一种理想的选择。烟囱、水塔 :由于象烟囱水塔这样向高空发展的结构,加固维修特别困难,传统方法基本上很难解决这样的问题,而轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的芳纶纤维就是一种很好的选择。地铁隧道:由于地铁和隧道是一种在地下工作的结构,所以它的受力与地面结构是不一样的,在洞顶和洞测都有土的力的作用,而且它也有净空的要求,所以进行裂缝修补时,传统的加固方法可能性很小,用芳纶布进行加固维修就可以满足它的各方面要求,因为在地铁或隧道的拱定或侧壁的裂缝一般是
7、多向且不规则的,这就要求它的修复材料必须具有良好的抗剪性能才行,而且芳纶还是一种不导电的FRP材料,所以芳纶布在隧道地铁工程中是一种最佳的选择。4、芳纶纤维的应用特性不导电性:在现代的工程中,如地铁、隧道、电气化铁路以及工业厂房等等,都对绝缘性要求很高,在这些工程的加固补强中,芳纶纤维有着绝对优势,也给这些领域提供了一个最佳的选择机会。耐腐蚀性好:特别是耐强碱腐蚀,这点其他FRP复合材料不能相比的,由于在海水对混凝土结构有很强的腐蚀性,主要是因为里面含氯离子较多的缘故,导致混凝土碳化,钢筋锈蚀膨胀,所以在一些海港码头工程的加固及防护中,芳纶纤维是最佳的选择。抗冲击性:由于芳纶纤维的弹模是118
8、Gpa,延性特别好,它的延伸率为1.8,所以刚开始时它在国外是用作军工产品,如防弹衣等。用它加固一些对冲击性要求很严的结构中,如主航道的桥墩等抗动载抗疲劳性能好:虽然碳纤维的抗拉强度非常高,但由于它是一种脆性材料,只能承受长期的静荷载,如果长期承受动载,就不能保证它的强度了,芳纶纤维则不受这个限制,早期主要用于军工产品,而且是防弹衣的主要材料,由于其韧性比较好,所以相应的其抗疲劳能力就非常好,另外,芳纶纤维的抗剪切能力也是所有FRP材料中最强的。施工方便:主要是以下几个步骤,表面处理涂刷底胶底层浸渍树脂粘贴芳纶布外层浸渍树脂表面防护,而且操作非常简单。不需要大型的吊装机械设备,一般不需要做倒角
9、,方形柱子的倒角只要做10mm就可以了,因为芳纶是一种有机材料,与树脂的浸润性很好,且养护时间很短一般为几个小时,而类似其它纤维则需要一至二周。5、各种加固方法的比较 贴钢板:在用钢板加固时,一般将钢板贴在被加固的桥梁结构受力部位的外边缘,同时封闭粘贴部位的裂缝和缺陷,约束混凝土的变形,但是,采用这种方法加固必须注意几点:首先,对钢板的尺寸要求很严格,抗弯时宜薄点以保证它和原结构的变形协调,抗剪时则宜厚点,而且在锚固时应使端部钢板延伸到应力较小区,防止应力集中对结构承载力的损害;其次,贴完后,必须对钢板边缘裂缝的进行处理;最后,还要对钢板进行防腐处理,这也是一项长期的任务,所以综合起来造价相当
10、高,而且,它的使用范围还有一定的局限性,一般只用在刚度要求很严格的地方。扩大截面法:这种加固方法的原理在于通过增大受力面积来提高结构的承载力,这种方法一般都用在一些很小而且对净空没多少要求的结构中,优点是成本较低,缺点是增加原结构的自重同时净空减小了,工期长,有很大的局限性,在目前,现在较大的工程都不会用它。碳纤维:在目前的FRP材料加固市场中,碳纤维占的比例最多,种类也很多,进口的和国产的都有,常用的规格一般为0.11mm的和0.167mm两种,它的作用机理和我们的路威 2008芳纶纤维以及其它FRP复合材料基本是一致的,利用其轻质高强、高弹模、耐腐蚀耐久性能好等优势对结构进行加固,虽然它能
11、很大的静载,但由于碳纤维是一种易发生脆性破坏的材料,所以如果经常承受动载或冲击,就不能保证它的强度的发挥了,而芳纶纤维的极限破坏形式为塑性破坏,另外,碳纤维,还是一种导电的材料,所以在绝缘性要求很高的电气化铁路、地铁及隧道工程中,也不宜用它,而同为高强高弹模的芳纶纤维就不存在这样的局限了,而且还是它的优势所在,芳纶纤维在抗剪方面也有很大的优势,在裁剪时就必须用专门的陶瓷剪刀,在加固墩子时一般也是利用芳纶优异的抗剪性能。6、结论随着我国国民经济的飞速发展,现在及今后相当长的一段时期,各类桥梁及房屋建筑结构的维修、加固、改造将成为建设工程的侧重点。目前国内的常用的加固方法主要有以下几种在纤维布复合
12、材料加固、粘钢板、体外预应力扩大截面等方法,芳纶纤维复合材料具有鲜明的特点,并且由于其性价比明显优势,相信会越来越广泛地被大家关注,成为我们旧危桥加固的应用最广的新技术。参考文献【1】飞渭,江世永,彭飞飞,陈正平,李庆枫,陈龙。预应力碳纤维布加固硂受弯构件实验研究。第二届全国土木工程用纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术交流会讨论集,中国昆明,2002.7基础训练1下列有关金属元素的特征叙述正确的是( )A金属元素的原子具有还原性,离子只有氧化性D金属元素的化合价一定显正价C金属元素在不同化合物中的化合价均不相同D金属元素的单质在常温下均为金属晶体2下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 (
13、)A金属元素的原子只有还原性,离子只有氧化性B金属元素在化合物中一定显正价C金属元素在不同化合物中的化合价均不同D金属单质在常温下都是金属晶体3金属的下列性质中,不能用金属的电子气理论加以解释的是 ( )A易导电 B易导热C有延展性 D易锈蚀4下列晶体中由原子直接构成的单质有 ( )A白磷 B氦C金刚石 D金属镁5金属具有延展性的原因是( )A金属原子半径都较大,价电子较少B金属受外力作用变形时,金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用C金属中大量自由电子受外力作用时,运动速度加快D自由电子受外力作用时能迅速传递能量6下列说法不正确的是( )A金属单质的熔点一定比非金属单质高来源:Zxxk.Co
14、mB离子晶体中不一定含有金属元素C在含有阳离子的晶体中,一定含有阴离子D含有金属元素的离子不一定是阳离子7金属晶体的形成是因为晶体中存在( )A金属离子间的相互作用 B金属原子间产生相互作用来源:Z_xx_k.ComC金属离子与自由电子间的相互作用 D金属原子与自由电子间的相互作用8关于金属元素的特征,下列叙述正确的是( )金属元素的原子只有还原性,离子只有氧化性金属元素在化合物中一般显正价金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱金属元素只有金属性,没有非金属性价电子越多的金属原子的金属性越强A B C D全部9金属的下列性质中,与自由电子无关的是 ( )A密度大小 B容易导电 C延展性好 D易导
15、热10下列有关金属的叙述正确的是( )A金属元素的原子具有还原性,其离子只有氧化性B金属元素的化合价般表现为正价C熔化状态能导电的物质定是金属的化合物D金属元素的单质在常温下均为金属晶体11.下列叙述正确的是 ( )A原子晶体中可能存在离子键 B分子晶体中不可能存在氢键C在晶体中可能只存在阳离子不存在阴离子 D金属晶体导电是金属离子所致12.金属能导电的原因是( )A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱 B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D金属晶体在外加电场作用下可失去电子 13下列叙述正确的是 ( )A.
16、任何晶体中,若含有阳离子也一定含有阴离子B原子晶体中只含有共价键 C.离子晶体中只含有离子键,不含有共价键 D分子晶体中只存在分子间作用力,不含有其他化学键14.在核电荷数118的元素中,其单质属于金属晶体的有 ,属于分子晶体的有 ,属于原子晶体的有 15. 简要填空:(1)金属导电是_的结果(2)金属导热是_的结果(3)金属抽成丝或压成薄板是金属受到外力作用,紧密堆积的原子(离子)层发生了_,而金属离子和自由电子之间的_没有改变16. 碱金属单质的熔点顺序为LiNaKRbCs,试用金属晶体结构的知识加以解释17.在金属晶体中存在的粒子是_和_通过_形成的单质晶体叫做金属晶体18.(1)请描述
17、金属晶体中自由电子的存在状态答:_(2)请说明金属晶体中自由电子所起的作用答:_19. 金属导电靠_,电解质溶液导电靠_;金属导电能力随温度升高而_, 溶液导电能力随温度升高而_.20.有一种金属结构单元是一个“面心立方体”(注:八个顶点和六个面分别有一个金属原子)。该单元平均是由_个金属原子组成的。拓展提高21.晶胞是晶体中最小的重复单元已知铁为面心立方晶体,其结构如下图甲所示,面心立方的结构特征如下图乙所示若铁原子的半径为,试求铁金属晶体中的晶胞长度,即下图 丙中AB的长度为_m22. 某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式紧密堆积,即在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构
18、单元,金属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧面上,试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。23.石墨片层结构如右图所示,问:(1)平均多少个碳原子构成一个正六边形?(2)n g碳原子可构成多少个正六边形?第三节 金属晶体 基础训练参考答案来源:学.科.网Z.X.X.K1B 2B3D4BC5B6AC7C8B9A10B 11. C12. B 13. B 14.答案: Li、Be、Na、Mg、Al; H2、He、N2、O2、F2、Ne、P4、S、Cl2、Ar; C、Si、B15.答案来源:学科网(1)自由电子在电场作用下定向移动(2)自由电子碰撞金属离子而将能量传给金属离子(3)相对滑动 较强烈的相互
19、作用(金属键)16.金属晶体的熔点高低取决于晶体中金属离子与自由电子之间的作用力大小,由库仑定律可知,作用力的大小又取决于金属离子的半径和自由电子的数量,显然,半径越小,作用力越强,熔点越高而离子的半径顺序为,因此锂的熔点最高17.金属离子;自由电子;金属键来源:学科网ZXXK18.(1)自由电子均匀地分布在整个晶体中,被许多金属离子所共有(2)使金属阳离子结合在一起形成晶体; 使金属晶体具有导电性、导热性和延展性19. 自由电子;自由离子;减弱;增强20. 421提示: 22. 依题意画出侧面图,设正立方体边长为a,则体积为a3。原子半径,每个正立方体包括金属原子818+61/24(个),球
20、体体积共4空间利用率为:.23.解析:(1)方法1:利用点与面之间的关系,平均每个正六边形需碳原子数:61/3=2;方法2:利用点、线、面的关系,每个碳原子提供的边数:31/2=1.5 (61/2)/1.5=2 (2)(n/12)NA/2.田持婉幼簡棄畜店經去恤乏廉篩詢父鹵炸北溯頤狠鬧只遺撿迄治甸轄釬畜圈吏渣苛繕詢炸北塑也狠惱只持婉幼簡棄維迂粳釬恤乏靠煞旬父擄炸北塑頤詐襯田遺撿盆治甸維釬畜爾吏噪苛篩憐乍北受冶狠惱趾夷伙盆旨撮濰迂漿爾畜爾靠煞旬父擄炸馴顧妹詐材田夷穢盆治幼漿曲畜爾吏噪靠閥廉正隘適馴很妹田夷伙盆旨醋濰棄漿碟暇躁靠確旬渣憐適馴故妹詐材田夷只粗萬幼津棄畜爾暇圈恤乏廉札隘故鹵炸膊溯夷伙噴
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