复合材料建筑结构及其应用

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1、纺硕IlOl钟翠学号：2110040读书报告关于纤维复合材料在建筑工业中的应用与特点的读书报告建筑业在国民经济中占有很重要的地位，不论是哪个我国建筑工业都是国民经济的支柱产业之一。随着社会的进步，人们对居住面积、房屋质量和消遣设施等提出越来越高的要求，已成为推动建筑工业改革进展的动力。建筑工业中，传统的建筑材料是砖石结构、钢结构、木结构、钢筋混凝土结构。从环境爱护角度来看，砖石结构、木结构的使用会越来越少，钢结构和钢筋混凝土结构虽然在现代建筑中发挥着主导作用，但由于其质量大，建筑面积采用率较低等缺点仍难以满意各个方面的要求。因此，必需改善现有的建筑材料和进展新型的建筑材料。随着军工生产与航空航

2、天而进展越来的纤维复合材料，由于具有良好而独特的性能，适应了现代工程结构向大跨度、高耸、重载、高强和轻质方向的进展，在土木建筑工程中的应用日益扩大。纤维增加复合材料(fiberreinforcedpolumer/plastic,简称FRP)是由纤维增加材料和基体材料按肯定比例混合并经过一系列工艺流程复合形成的高性能新型材料。它不仅具有单一组分材料的基本特性，而且能产生比任一组分材料更加优越的性能。目前工程上应用的FRP主要为碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)和芳纶纤维(AFRP)增加的树脂基体。用于建筑工程结构的FRP主要采纳长纤维增加为主，主要产品形式有：片材、筋材和索材、网格材和格栅

3、、拉挤型材、模压型材靠等。纤维布是目前应用最广的形式，主要应用于结构工程加固，使用前不润树脂，加固时用树脂浸润后粘贴于结构表面。复合材料在建筑工业中用途非常广泛，从基础到屋面、从内外墙板到卫生洁具、从门窗到建筑装饰、从承重结构到全复合材料房屋，均可用复合材料来制造。依据国内外复合材料建筑结构的应用状况，用于建筑方面的复合材料制品可以归纳为如下几类。复合材料承重结构用于承重结构的复合材料建筑制品有：桁架、柱、梁、承重折板、屋面板、楼板、梯子、加强筋等。这些复合材料构件主要用于化工厂房、码头等需要防腐的建筑，高层结构及全复合材料房屋等要求质量轻的建筑。复合材料围护结构用于围护结构的复合材料制品有：

4、各种波纹板、夹层结构，各种不同材料复合板、整体式和装配式折板结构以及壳体结构、防腐栏杆等。用于壳体结构的板材既是围护结构又是承重结构。这些构件可以用作工业与民用建筑的外墙板、隔墙板、物顶结构、遮阳板、天花板、薄壳结构和折板结构的组装构件。采光制品用于采光建筑制品的复合材料结构有：透亮波形板、半透亮夹层结构板、整体式和组装式采光罩等。主要用于工业建筑、民用建筑、农业温室及大型公用建筑的天窗、屋顶及围护墙面的采光等。门窗装饰材料用于门窗装饰材料的复合材料结构有：各种断面外形的复合材料拉挤型材、平板、浮雕板、复合板等。主要用于工业及民用建筑的门窗框架、门板、贴面、吊顶、大型建筑浮雕和城市雕塑等。给排

5、水工程材料在市政建设中给水、排水、污水等工程中已大量使用复合材料结构制品，如各种直径的地上与地下复合材料管道、复合材料高位水箱、化粪池、防腐排污槽、屋面排水、落水管等。（6）卫生洁具材料复合材料卫生洁具有浴盆、洗面盆、坐便盆、各种整体式、组装式卫生间等，广泛用于宾馆、住宅的卫生间以及各类建筑的卫生工程中。用于采暖通风的复合材料及其结构制品有：复合材料冷却塔、通风管、栅板、防腐风机叶片以及整体成型的采暖通风制品。主要用于工业及民用建筑物中心空调系统的送风管、排风管、防腐风机罩等。（8）高层楼房屋顶建筑用于屋顶建筑的复合材料结构有：旋转餐厅屋盖、异形尖顶屋盖、楼房加高、球形屋顶、屋顶花园、屋顶游泳

6、池、广告牌、广告字、雕塑等。复合材料之所以能在建筑中得到应用并呈现出宽阔的进展前景，是由于它具有很多优越特点，可以满意对于建筑结构的性能要求。复合材料的建筑特性表现在以下几方面。材料性能的可设计性复合材料的性能可以依据使用要求进行设计。复合材料的力学性能除了帖增加纤维、树脂基体以及组分材料的体积分数打算以外，还与纤维的铺设方向、铺层挨次等有关。因此，可以依据结构的受力特点、荷载分布的不同，选择材料和设计铺层，使结构既能满意使用要求又经济合理。假如结构要求满意耐水、防腐等要求，可以选择耐腐蚀性好的树脂作为基体材料;若要求防火、价廉，则可以采纳无机复合材料结构。材料与结构的统一性复合材料与结构是同

7、时成型的，即复合材料建筑构件可以整体一次成型，大大削减大型简单建筑结构的连接接头，削减或避开了结构在连接部位的应力集中，同时又减轻结构的质量，节约材料，降低成本。轻质高强，力学性能好复合材料具有很高的比强度和较高的比刚度，单向玻璃纤维增加复合材料的拉伸强度可达IOOOMPa以上，是一般建筑用钢材的3-4倍；拉伸弹性模量在50GPa以上，约为钢材的1/4。而GFRP的密度只有1800kgm3左右，是钢材的1/5T/4,因此GFRP的比强度为一般钢材的15倍，而比钢度与钢材相当。假如是单向碳纤维复合材料，则其拉伸强度、拉伸弹性模量更高，而密度还要更低。所以CFRP可以获得比钢材高得多的比强度和比刚

8、度。(4)良好的耐腐蚀性FRP可在酸、碱、氯盐和潮湿环境中长期使用。在化工建筑、盐渍地区的地下工程、海洋工程和水下工程中，FRP材料良好的耐腐蚀性能得到实际工程的证明。国外发达我国每年因钢材锈蚀而造成的桥梁的结构工程老化损坏修复费用极高，我们我国目前因钢材锈蚀而造成的损失也在逐年增加，因此，在寒冷地区和近海地区的桥梁、建筑中采纳FRP结构或FRP配盘混凝土结构以反抗除冰盐和空气中的腐蚀，可极大地降低结构维护费用，延长结构使用寿命。透光性GRP可以做成透亮材料，透亮玻璃钢的透光率达85%以上，接近于玻璃，因此可以用途建筑采光材料。与玻璃相比，透亮玻璃最大的特点是不易破裂，还能承受荷载。用于建筑工

9、程时可以同时发挥结构材料、围护材料和采光材料三者的作用，能够达到简化采光设计、降低工程造价的目的。(6)隔热性建筑物要求能够有效地防止由于热传导、热对流引起室内温度产生较大的变化，以给人们舒适的工作与生活环境。一般建筑材料的隔热性能较差，混凝土的热导率为1.5-2.1W(m.k),红砖的热导率为0.81W(m.k),是混凝土的1/25,红砖的1/10.即用复合材料夹层结构做建筑物墙体材料时，可以起到节能作用。隔音性隔音效果是评价物质质量凹凸的标准之一，在传统的材料中，一般隔音效果好的建筑材料密度往往较大，隔热性较差，运输安装费用较大。复合材料具有消逝振动音波和传播音波的功效，经过特地设计的夹层

10、结构可以取得既隔热又隔音的双重效果。复合材料也存在一些缺点，用于建筑结构时应加以留意，必需在设计中采用其的特长，克服其弱点，以充分发挥复合材料的可设计性和最大功能。复合材料在建筑在应用时要留意的几个问题如下：刚度问题一般的玻璃布增加复合材料的弹性模量较低，只有钢材的l10o因此用作承重结构建筑结构时，应通过从结构形式上的合理设计来弥补材料的刚性不足的问题，如采纳夹层结构、折板结构、拱形结构或加肋结构等，通过合理的结构设计来提高结构的刚度和稳定性。成本问题树脂复合材料比传统的建筑材料要贵，一般的玻璃纤维增加树脂基复合材料的材料成本为15000元/吨左右，假如采纳碳纤维等高性能的增加材料或环氧树脂

11、、乙烯基脂树脂等高性能的基体材料，则成本还要高很多。因此为了削减复合材料建筑结构的造价，一方面要依据建筑构件的不同用途选用的原材料，不同的受力特点采纳不同的复合结构形式，使结构的每部分、材料的各组分都充分发挥最大的作用；另一方面可以采纳价格较低的不同各类的复合材料，如高性能的无机复合材料等。总之要通过合理的材料设计和结构设计，使结构既满意使用要求，又尽量降低成本，达到最高的性价比。防火问题一般用于制造复合材料的热固性树脂遇火后易燃烧，因此用于复合材料建筑结构时需要提高材料的氧指数，使之具有阻燃性或自熄性。在防火性能较高的场合，宜采纳完全不燃烧的无机复合材料。（4）耐久性问题复合材料的老化及耐久

12、性问题是常被人们关注的。在有腐蚀性介质的环境下，如化工建筑、港口建筑等，复合材料建筑结构的耐久性要比钢结构、钢筋混凝土结构要好。对一般建筑物来说，通常要求耐久50年以上,假如预先对复合材料进行预老化处理，平常也加强维护，复合材料建筑结构能够满意耐久性的要求。从复合材料的实际使用状况来看，国内一些复合材料结构已经有了40余年的老化经受，现仍完好；在国外，地下埋设的复合材料管道已经使用了50年。建筑材料的进展在建筑中占有极其重要的地位，随着纺织工艺技术的进展，纤维复合材料作为一类新兴的先进材料，在建筑业中的应用必将越来越广泛。用于结构补强材料的纤维复合材料中常见的碳纤维、芳纶和玻璃纤维中，从各方面

13、来看，碳纤维应优先采纳。不论是碳纤维布，还是碳纤维索，在工程应用中都是较合适的。而且，现阶段碳纤维增加材料应用于混凝土结构加固是最合适的途径和方式，不仅可用于建筑结构或是桥梁结构的承载加固，也可用于抗震加固，也可用于人防工程的结构加固。虽然现阶段采用碳纤维复合材料对结构构件进行加固已经取得了极大的成就，但是由于碳纤维材料应用的时间较短，以及它与结构构件之间结合面的简单性，使讨论工作面临很多困难。讨论方法单一，假设条件过多等缘由都是使讨论的结果比较粗糙，与实际状况有很大差别，这也限制了碳纤维材料在更多的领域里充分发挥自身的优越性能，这些问题都有待于进一步的研讨。参考文献1沃丁柱等.复合材料大全.

14、北京：化学工业出版社，20002洪杰.纺织复合材料在建筑中的应用J.陕西纺织，2005,2(66):4547.3邓炳耀，晏雄.纺织结构复合材料的设计与应用J.纺织导报，2005(9):3539.4王腾，郭燕坤.纤维更合材料在土木建筑工程中的应用进展J.纺织科技进展，2006(2):1416.5ROYA,GILT.经编间隔织物制作的新型纤维增加纺织更合材料J.国际纺织导报，2006(12):34-35.6刘亚雄等.玻璃钢应用.北京：中车建筑工业出版社，19907刘雄亚，晏石林.复合材料制品设计用及应用.北京：化学工业出版社，20038毕鸿音，武田邦男.土木建筑领域中的纤维增加复合材料.高科技纤维与应用，1999.39MaassJPolyster-BasedLowShrinkagePolymerConcrete.ProceedingsoftheSPI/CIAnnualConference,TheSocietyofPlasticsIndustry,Feb.199310钟世云，袁华.聚合物在混凝土中的应用.北京：化学工业出版社，2003