(重慶交通大學(xué)　重慶　400000)

一、引言

交通行業(yè)建設(shè)需要建設(shè)大量的橋梁涵洞，交通行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施工程量巨大，只有制定一個(gè)科學(xué)合理的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，才能夠?yàn)榻煌ㄐ袠I(yè)的建設(shè)提供可靠的保障。交通行業(yè)同其他土木行業(yè)類似，大型和特大型工程所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中性工程，加大對中型工程標(biāo)準(zhǔn)的研究不僅可以提高工程整體的安全性，還可以降低建造成本和運(yùn)營的成本，提高工程的持久性和耐久性。預(yù)制裝配式CFRP筋預(yù)應(yīng)力混凝土T梁可以參考裝配式預(yù)應(yīng)力簡支T梁的特點(diǎn)，結(jié)合新材料新工藝的特點(diǎn)，根據(jù)之前研究的方法制定研究方法。預(yù)制裝配式CFRP筋預(yù)應(yīng)力混凝土T梁標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)非常非常大的概念，之所以做這一方面的研究是為了解決國內(nèi)當(dāng)前所面臨的問題。

二、CFRP材料介紹

CFRP最開始由美國開始制造，1950年，美國空軍基地在2000℃高溫下牽引人造絲得到CFRP。1962年，日本碳素公司實(shí)現(xiàn)低模量聚丙烯腈基CFRP的工業(yè)化生產(chǎn)；1963年英國航空材料研究所開發(fā)出高模量聚丙烯腈基CFRP。CFRP筋為碳纖維復(fù)合材料，其主要組成部分包括纖維和樹脂基體，纖維的體積含量約為70%～80%，通常而言，單根CFRP筋中含有十萬根左右的連續(xù)纖維束。CFRP筋為脆性材料，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系直至破壞均為線彈性，沒有明顯的屈服點(diǎn)，纖維的破壞均為較低應(yīng)變是的脆性斷裂[1]。

與鋼筋相比CFRP筋具有以下幾種特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋼筋，與高強(qiáng)鋼絲不相上下，并且在達(dá)到CFRP筋的極限抗拉強(qiáng)度之前，幾乎沒有塑性變形；同等直徑下，其重量僅為鋼材的1/7～1/5；由于CFRP筋質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、施工方便；抗腐蝕性能良好，尤其是用于腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的超強(qiáng)鋼絲，是其最突出的優(yōu)點(diǎn)之一；CFRP的密度僅為鋼材的25%左右，比強(qiáng)度高，是鋼材的20～50倍，有利于減輕橋梁的自重，在大跨徑中尤為顯著?？辜魪?qiáng)度低，CFRP的抗剪前度很低，通常不超過其抗拉強(qiáng)度的10%在將CFPR筋作預(yù)應(yīng)力筋以及進(jìn)行CFRP應(yīng)用需要專門研制錨具等[2]。

三、國內(nèi)外研究成果

我國是在90年代中后期正式開始對CFRP材料加固修復(fù)土木建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的，并于1998年開始在工程中應(yīng)用。從國內(nèi)今年來的應(yīng)用工程的項(xiàng)目數(shù)量來看，在橋梁領(lǐng)域的項(xiàng)目逐年增加[3]。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土材料普遍存在因鋼筋腐蝕引起耐久性的問題，新材料的使用為解決耐久性問題提供了新的途徑。美國、日本、歐洲等地正在積極開展用纖維增強(qiáng)聚合物取代鋼筋用于增強(qiáng)混凝土的研究，國內(nèi)的科技工作者在這個(gè)領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展，有好多的成果已經(jīng)運(yùn)用到了實(shí)際的工程中。

CFRP材料加固橋梁具有施工方便、適應(yīng)性好、耐腐蝕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、對原結(jié)構(gòu)不會(huì)造成新的損傷等優(yōu)點(diǎn)將會(huì)給橋梁加固修補(bǔ)技術(shù)帶來重大變革，將為橋梁領(lǐng)域開辟新的產(chǎn)業(yè)途徑、促進(jìn)橋梁加固技術(shù)的進(jìn)步[4]。目前，CFRP材料在橋梁加固領(lǐng)域已經(jīng)蓬勃發(fā)展，缺點(diǎn)就是成本較傳統(tǒng)鋼絞線有所增加，但是隨著制造工藝的進(jìn)步，未來CFRP仍舊有巨大的潛力。

根據(jù)CFPR筋預(yù)應(yīng)力混凝土梁，根據(jù)主筋和混凝土的接觸方式分為黏結(jié)、部分黏結(jié)和無粘結(jié)三種方式[5]。在橋梁加固中一般采用體外預(yù)應(yīng)力筋的方式，或者粘貼體外碳纖維布的方法，對病害位置進(jìn)行處治。國內(nèi)外研究者針對不同的主筋接觸方式做了大量的試驗(yàn)，為后期CFRP筋預(yù)應(yīng)力T梁標(biāo)準(zhǔn)的研究提供的參考依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，CFRP筋不論采用那種形式，并不能保證CFPR材料完全的利用。我們應(yīng)該做的就是把前人的研究成果做一個(gè)整合，在現(xiàn)有的已知的方面實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。

體外預(yù)應(yīng)力的特點(diǎn)的主要優(yōu)點(diǎn)在于：截面內(nèi)只配置少量的有粘結(jié)普通鋼筋，使得截面的尺寸相應(yīng)的縮小，減輕結(jié)構(gòu)自重。主要施工工序簡單，混凝土澆筑方便，質(zhì)量容易得到保證；體外預(yù)應(yīng)力筋容易設(shè)置，使用期內(nèi)容易檢查和更換；體外預(yù)應(yīng)力筋僅在錨固區(qū)和轉(zhuǎn)向塊處與結(jié)構(gòu)相連接，摩擦損失明顯減小[6]。

研究表明：僅配有全預(yù)應(yīng)力CFRP筋的混凝土結(jié)構(gòu)由于CFRP筋有限的極限應(yīng)變使得其變形能力較差；而預(yù)應(yīng)力CFRP筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋混合配筋的部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有良好的變形能力及較好的裂縫分布形態(tài)。完全粘結(jié)預(yù)應(yīng)力CFRP筋結(jié)構(gòu)雖具有較高的承載能力，但其變形性能較差；而完全無粘結(jié)CFRP筋結(jié)構(gòu)能保證梁具有很好的轉(zhuǎn)動(dòng)能力和承載能力，但其端部錨固區(qū)的抗疲勞性能較差[7]。裝配式預(yù)應(yīng)力CFRP筋T梁應(yīng)采用采用現(xiàn)有不同的結(jié)構(gòu)形式，分組準(zhǔn)備試樣，保證實(shí)驗(yàn)樣本的多樣性，從而取得剛理想的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

科學(xué)的試驗(yàn)方法是獲得試驗(yàn)成功的保障，獲取有效的數(shù)據(jù)是去的試驗(yàn)結(jié)果的前提。制定試驗(yàn)方法之前應(yīng)當(dāng)充分挖掘已有的研究成果，不僅可以節(jié)約試驗(yàn)的成本還可以加快研究的進(jìn)程提升效率。一個(gè)優(yōu)秀的科研工作者不僅善于解決問題，還善于利用別人已有的科研成果。預(yù)應(yīng)力CFRP筋在國內(nèi)外的應(yīng)用更加普遍，因此國家關(guān)于預(yù)應(yīng)力CFRP筋標(biāo)準(zhǔn)化的研究應(yīng)當(dāng)盡快的提上日程。

四、總結(jié)

裝配式結(jié)構(gòu)的制造和施工具有其他結(jié)構(gòu)所不具有的優(yōu)點(diǎn)。橋梁的設(shè)計(jì)要求安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀并且有利于環(huán)保。裝配式結(jié)構(gòu)的運(yùn)用大大加快了我國基礎(chǔ)工程的建設(shè)，促進(jìn)了交通行業(yè)的發(fā)展，不僅節(jié)約了資金而且大大加快了工程施工的速度。CFRP作為一種應(yīng)用廣泛的高性能材料，有必要把它應(yīng)用到實(shí)際工程中。結(jié)合目前的行業(yè)情況，把預(yù)制鋼筋混凝土重的預(yù)應(yīng)力筋用CFRP筋代替，不僅是行業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果還是促進(jìn)交通行業(yè)綠色發(fā)展的必然選擇。在未來在利用新材料和新工藝的標(biāo)準(zhǔn)化中，新的材料逐步代替舊的材料是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。我們應(yīng)答把握這樣的一個(gè)機(jī)會(huì)，以及行業(yè)發(fā)展的大方向，為國家的發(fā)展出一份力。通過自己的研究取得更多的研究成果，把科研成果應(yīng)用于實(shí)際的工程中，科研不僅要超越現(xiàn)實(shí)更要服務(wù)于現(xiàn)實(shí)，預(yù)制裝配式CFRP筋預(yù)應(yīng)力混凝土T梁標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究就是把科研整合成具有對現(xiàn)實(shí)工程知道作用的途徑。目前我所了解到CFRP筋應(yīng)用中所遇到的最大的問題就是抗拉性能優(yōu)越，但是抗剪性能卻只有其抗拉性能的十分之一，CFRP筋錨固問題一直都是工程中所面臨的首要問題。目前市場中的錨具都具有一定的局限性，不能像鋼絞線錨具具有普遍的適用性。雖然CFRP筋具有各種各樣的缺點(diǎn)，但它優(yōu)異的力學(xué)性能具有其他材料難以取代的優(yōu)勢，還有就是隨著未來技術(shù)的進(jìn)步和材料的優(yōu)化將會(huì)有更好的解決方案。

五、展望與思考

科學(xué)技術(shù)在發(fā)展，每一天都有新的技術(shù)誕生，對于交通行業(yè)不僅要?jiǎng)?chuàng)新，更應(yīng)該把行業(yè)內(nèi)比較成熟的技術(shù)制定成科學(xué)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?？茖W(xué)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以促進(jìn)行業(yè)健康的發(fā)展，還可以把新技術(shù)推廣到實(shí)際工程中。未來裝配式預(yù)應(yīng)力CFRP筋混凝土T梁將會(huì)普遍的應(yīng)用于橋梁中，如同今天普通鋼筋混凝土一樣普遍。未來不僅僅只有CFRP筋梁橋數(shù)量增加，以CFRP材料為主要結(jié)構(gòu)的橋梁所占比重將會(huì)大大增加。橋梁的結(jié)構(gòu)形式更加的多樣化，在CFRP材料的支撐下，橋梁的跨越能力更強(qiáng)，抗震性和耐久性更優(yōu)良。