FRP增强工程结构体系

前言

第1章纤维增强复合材料及其基本性能

第2章FRP筋及预应力FRP－筋混凝土结构体系

第3章FRP组合结构

第4章全FRP型材结构

第5章FRP拉索结构

第6章FRP特殊结构 2100433B

本书面向现代工程结构向大跨度、轻量化、长寿命的发展需求，论述了纤维增强复合材料（FRP）在解决各类民用建筑、桥梁工程、海洋工程、地下工程等结构中的设计评价方法和特色应用，重点从以下几个方面介绍最新研究成果和进展：从各类FRP的基本性能、长期性能、耐久性能等方面详述作为结构材料的FRP性能特点及性能提升方法；阐述了FRP筋增强混凝土结构的基本理论和高效应用方法，论述了其良好的力学性能和耐久性；基于组合结构可充分发挥各种材料性能优势的特点，阐述了FRP组合结构的基本原理、形式和性能特征；介绍了轻质、耐腐蚀的FRP全型材结构，阐述了解决结构轻量化、施工便利和提高结构耐久性等问题的实现途径；利用FRP拉索轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀、低蠕变、高阻尼等优异的性能，解决大跨结构向更大跨度、更轻质量、更长寿命跨越的实现方法；最后介绍了FRP在岩土、电力、高铁、化工等领域基础设施结构中的特色应用。

《FRP增强工程结构体系》面向现代工程结构向大跨度、轻量化、长寿命的发展需求，论述了纤维增强复合材料（FRP）在解决各类民用建筑、桥梁工程、海洋工程、地下工程等结构中的设计评价方法和特色应用，重点从以下几个方面介绍新研究成果和进展：从各类FRP的基本性能、长期性能、耐久性能等方面详述作为结构材料的FRP性能特点及性能提升方法；阐述了FRP筋增强混凝土结构的基本理论和高效应用方法，论述了其良好的力学性能和耐久性；基于组合结构可充分发挥各种材料性能优势的特点，阐述了FRP组合结构的基本原理、形式和性能特征；介绍了轻质、耐腐蚀的FRP全型材结构，阐述了解决结构轻量化、施工便利和提高结构耐久性等问题的实现途径；利用FRP拉索轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀、低蠕变、高阻尼等优异的性能，解决大跨结构向更大跨度、更轻质量、更长寿命跨越的实现方法；后介绍了FRP在岩土、电力、高铁、化工等领域基础设施结构中的特色应用。

目录

前言

第1章 纤维增强复合材料及其基本性能 1

1.1 概述 1

1.2 FRP的基本构成 5

1.2.1 纤维 6

1.2.2 基体 15

1.2.3 FRP 20

1.2.4 FRP制备成型方法 22

1.3 FRP短期基本力学性能 28

1.3.1 拉伸性能及性能设计 28

1.3.2 压缩性能 40

1.3.3 剪切性能 43

1.3.4 层间剪切性能 45

1.3.5 弯曲性能 50

1.4 FRP长期疲劳蠕变性能 52

1.4.1 疲劳性能 52

1.4.2 蠕变性能 64

1.5 FRP在温度作用下的力学性能 69

1.5.1 耐高温性能 70

1.5.2 低温性能 78

1.6 FRP耐腐蚀性能 83

1.6.1 腐蚀机理 83

1.6.2 耐腐蚀性能 86

1.6.3 耐腐蚀性能提升方法 91

1.7 FRP抗冲击性能 94

1.7.1 冲击破坏形态和机理 94

1.7.2 多种FRP抗冲击性能的比较 95

1.7.3 抗冲击性能的影响因素 96

1.8 FRP自传感性能 97

1.8.1 自传感性能实现途径 97

1.8.2 自传感性能评价 101

1.9 FRP力学性能数据库建立 104

1.10 小结 106

参考文献 106

第2章 FRP筋及预应力FRP-筋混凝土结构体系 113

2.1 概述 113

2.2 FRP筋性能特点 115

2.2.1 FRP筋的基本特点 115

2.2.2 FRP筋力学性能 116

2.2.3 FRP筋生产工艺 117

2.2.4 普通混凝土结构用FRP筋性能 118

2.2.5 预应力混凝土结构用FRP筋性能 119

2.3 FRP筋与混凝土的黏结滑移 122

2.3.1 FRP筋与混凝土的黏结作用机理 123

2.3.2 FRP筋-混凝土拉拔试验及黏结破坏形式 126

2.3.3 FRP筋-混凝土黏结性能及影响因素 128

2.3.4 黏结滑移模型 130

2.4 FRP筋增强混凝土结构 134

2.4.1 全FRP筋增强混凝土结构 134

2.4.2 FRP筋-钢筋混合配置混凝土结构 145

2.4.3 FRP筋珊瑚礁砂混凝土结构 151

2.4.4 FRP自传感筋增强混凝土结构 154

2.4.5 全FRP筋混凝土结构配筋算例及经济性比较 160

2.5 预应力FRP筋混凝土结构 165

2.5.1 性能和特点概述 165

2.5.2 有黏结预应力FRP筋混凝土结构 169

2.5.3 体内无黏结预应力FRP筋混凝土结构 172

2.5.4 体外预应力FRP筋混凝土结构 173

2.6 损伤可控FRP筋混凝土结构 177

2.6.1 损伤可控结构的概念 177

2.6.2 混凝土柱损伤可控实现方法 179

2.6.3 FRP筋-钢筋增强混凝土损伤可控结构 181

2.6.4 SFCB筋增强混凝土损伤可控结构 185

2.6.5 损伤可控结构的动力性能 185

2.7 小结 187

参考文献 188

第3章 FRP组合结构 192

3.1 概述 192

3.1.1 FRP-混凝土组合梁板结构的研究与发展 193

3.1.2 FRP管混凝土柱结构的研究与发展 195

3.1.3 FRP-金属组合结构的研究与发展 196

3.2 FRP组合结构材料性能 197

3.2.1 传统组合结构材料特性 197

3.2.2 FRP组合结构材料特性 198

3.2.3 FRP组合结构材料形式 200

3.3 FRP组合结构连接性能 201

3.3.1 FRP-混凝土组合梁板的连接形式及性能 201

3.3.2 FRP管混凝土柱的连接形式及性能 204

3.3.3 FRP-金属组合结构的连接形式及性能 204

3.3.4 FRP组合结构连接性能测试方法 205

3.4 FRP-混凝土组合梁板结构 206

3.4.1 FRP-混凝土组合梁板基本结构形式 206

3.4.2 FRP-混凝土组合梁板基本结构力学性能 206

3.4.3 FRP-混凝土组合梁板长期力学性能 210

3.4.4 FRP-混凝土组合结构性能提升方法 212

3.4.5 FRP波纹腹板-混凝土组合箱梁的特殊应用 215

3.4.6 FRP-混凝土组合梁板结构设计方法 217

3.4.7 FRP-混凝土组合梁板典型工程应用 226

3.5 FRP管混凝土柱结构 228

3.5.1 FRP管混凝土柱基本结构形式及特点 228

3.5.2 FRP管混凝土柱轴压性能 229

3.5.3 FRP管混凝土柱偏压性能 231

3.5.4 FRP管混凝土柱抗震性能 232

3.5.5 FRP-混凝土-钢双壁管构件 233

3.5.6 FRP-混凝土-钢双壁管构件基本性能 235

3.5.7 新型的钢-混凝土-FRP管-混凝土构件 236

3.5.8 FRP管混凝土柱及FRP-混凝土-钢双壁管构件结构设计方法 237

3.6 FRP-金属组合结构 241

3.6.1 FRP-铝合金组合结构基本结构形式及特点 241

3.6.2 FRP-铝合金组合结构性能研究 244

3.6.3 FRP-钢组合结构基本结构形式及特点 246

3.6.4 FRP-钢组合结构性能研究 247

3.7 小结 248

3.7.1 FRP-混凝土组合梁/板体系 248

3.7.2 FRP管混凝土柱 249

3.7.3 FRP-金属组合结构 250

参考文献 250

第4章 全FRP型材结构 253

4.1 概述 253

4.1.1 全FRP型材结构的主要结构形式 254

4.1.2 全FRP结构连接方法 254

4.2 全FRP结构用FRP性能 260

4.2.1 全FRP结构材料生产及其对性能的影响 260

4.2.2 全FRP结构用FRP拉挤型材单向受力性能 261

4.2.3 全FRP结构用FRP的疲劳性能 262

4.2.4 全FRP结构用FRP拉挤型材耐久性能 263

4.3 全FRP结构的破坏形式 266

4.3.1 强度破坏 266

4.3.2 屈曲破坏 267

4.3.3 组件间的连接破坏 267

4.3.4 疲劳破坏 267

4.4 设计考虑因素 268

4.4.1 强度和刚度设计 268

4.4.2 稳定设计 268

4.4.3 荷载作用下的长期性能设计 268

4.4.4 动力性能设计 269

4.5 FRP桥面板结构 269

4.5.1 拉挤成型式FRP桥面板 270

4.5.2 FRP夹心桥面板 271

4.5.3 典型工程应用 273

4.6 FRP桁架结构 274

4.6.1 拉挤型桁架 275

4.6.2 编织型桁架 275

4.6.3 分析方法与优化设计示例 275

4.6.4 典型工程应用 281

4.7 其他型材结构形式 285

4.7.1 FRP型材网架结构 285

4.7.2 FRP薄板结构 286

4.7.3 网壳体系 287

4.7.4 板片空间结构体系 288

4.7.5 FRP编织网体系 288

4.7.6 FRP隧道衬砌 289

4.8 小结 291

参考文献 292

第5章 FRP拉索结构 295

5.1 概述 295

5.2 FRP拉索力学性能 296

5.2.1 FRP拉索拉伸性能 297

5.2.2 FRP拉索疲劳性能 298

5.2.3 FRP拉索蠕变性能 298

5.2.4 FRP拉索振动特性 299

5.2.5 FRP拉索阻尼性能 299

5.3 FRP拉索形式及锚固体系 300

5.3.1 FRP拉索黏结型锚固方法 300

5.3.2 FRP拉索摩擦型锚固方法 304

5.3.3 FRP拉索夹片型锚固方法 306

5.3.4 FRP拉索整体型锚固方法 308

5.4 FRP拉索大跨斜拉桥 314

5.4.1 静力性能 315

5.4.2 动力学性能 316

5.4.3 FRP拉索优化设计理念和方法 319

5.4.4 2000m级FRP拉索大跨斜拉桥设计方案 323

5.4.5 典型FRP拉索斜拉桥 336

5.5 FRP拉索超大跨悬索桥 340

5.5.1 FRP拉索悬索桥的基本性能 340

5.5.2 FRP拉索悬索桥的静力性能 342

5.5.3 FRP拉索悬索桥的动力性能 342

5.5.4 FRP拉索悬索桥的经济性能评估 345

5.5.5 典型FRP拉索悬索桥结构 346

5.6 其他FRP索结构 348

5.6.1 FRP系杆拱桥 349

5.6.2 FRP拉索张弦结构桥 350

5.6.3 FRP索悬挂结构 351

5.7 小结 352

参考文献 353

第6章 FRP特殊结构 355

6.1 岩土工程中的应用 356

6.1.1 支护锚杆 356

6.1.2 桩结构应用 360

6.1.3 支护土钉 362

6.1.4 FRP网格新应用 364

6.1.5 现存问题 366

6.2 输电杆塔结构系统 367

6.2.1 杆塔工艺技术 369

6.2.2 杆塔设计标准及试验方法 370

6.2.3 杆塔产品与应用 371

6.2.4 输电杆塔修复 374

6.2.5 输电线用纤维复合芯 375

6.2.6 输电杆塔防腐地基 381

6.2.7 输电杆塔地脚螺栓 382

6.2.8 现存问题 384

6.3 风力发电叶片结构 384

6.3.1 风力发电叶片材料应用 385

6.3.2 风力发电叶片工艺提升 386

6.3.3 风力发电叶片产品开发 387

6.3.4 现存问题 388

6.4 无砟轨道板 389

6.4.1 无砟轨道应用 390

6.4.2 现存问题 392

6.5 防磁结构 393

6.5.1 防磁应用 393

6.5.2 现存问题 396

6.6 防爆结构 396

6.6.1 防爆应用 396

6.6.2 现存问题 397

6.7 防火结构 398

6.7.1 民用防火材料 398

6.7.2 军用方舱防火材料 399

6.7.3 现存问题 401

6.8 防腐蚀结构设施 401

6.8.1 排气烟囱 402

6.8.2 大口径供水管道 403

6.8.3 储罐 404

6.8.4 海洋工程用复合材料 405

6.8.5 现存问题 409

参考文献 4092100433B

依据对钢筋和FRP筋各自不足的研究，提出FRP包覆筋增强混凝土新结构。本项研究对包覆筋从微结构设计到界面强度表征到整体结构力学特性，进行系统的理论分析、数值计算和实验测试，提出可用于工程的设计准则以及给出相应的力学性能参数。此项研究充分运用复合材料理论知识和工艺水平，为使FRP能够广泛应用于工程结构提供理论和技术基础。 2100433B