Углеродные волокна в строительстве мостов

Углеродные волокна в строительстве мостов

Автор: Столяров Олег Николаевич, Ольшевский Вячеслав Янушевич, Донцова Анна Евгеньевна, Демидова Юлианна Андреевна

Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy

Статья в выпуске: 3 (78), 2019 года.

Бесплатный доступ

В данной работе рассмотрены возможности применения высокопрочных волокнистых углеродных материалов в строительстве мостов, проанализированы основные функции их использования. Выполнен сравнительный анализ механических свойств основных типов углеродных волокон, рассмотрены альтернативные варианты высокопрочных волокон. Рассмотрены характеристики удельной прочности и жесткости углеродных композитов в сравнении с различными конструкционными материалами. Прочность на растяжение и модуль упругости углеродных волокон лежат в достаточно широком диапазоне. Однако, несмотря на превосходство модуля упругости углеволокна над модулем упругости традиционного материала - стали - и альтернатив в виде параарамидных волокон и волокон высокомодульного полиэтилена, углеродные волокна являются более хрупкими и менее устойчивыми к изгибу. При этом, по удельным показателям прочности и жесткости, углепластики превосходят практически все наиболее широко используемые конструкционные полимерные и металлические материалы. В связи с этим, в статье представлена концепция применения углеродных волокон в строительстве мостов.

Еще

Углеволокно, углепластик, тросы, система крепления, мосты, волокна

Короткий адрес: https://sciup.org/143170695

IDR: 143170695   |   УДК: 691.175.3   |   DOI: 10.18720/CUBS.78.3

Carbon fibers in bridge construction

The paper discusses the possibilities of use of high-strength fibrous carbon materials (CFRPs) in the bridge construction. A comparative analysis of the mechanical properties of the main types of carbon fibers is carried out, alternative variants of high-strength fibers are considered. The characteristics of specific strength and stiffness of carbon composites are compared with characteristics of traditional structural materials. The tension capacity and elastic modulus of carbon fibers lie in a rather wide range. Despite the superiority of the elastic modulus of carbon fibers over the elastic modulus of a traditional material - steel - and alternatives (para-aramid fibers and high modulus polyethylene fibers), carbon fibers are more fragile and less resistant to bending. At the same time, in terms of specific indicators of strength and stiffness, CFRPs surpass almost all polymer and metal materials used in construction. According to this, the concept of application of carbon fibers in the bridge construction is presented in the study.

Еще

Список литературы Углеродные волокна в строительстве мостов

  • Isley F. The use of high performance textiles in construction projects // J. Ind. Text. 2001. Vol. 31, № 3. P. 205-217.
  • Eichhorn S.J. et al. Handbook of textile fibre structure. Woodhead Publishing Limited, 2009.
  • Handbook of Technical Textiles. 2nd ed. / ed. Horrocks A.R., Anand S.C. Elsevier, 2016.
  • Gries T. et al. Manufacturing of textiles for civil engineering applications // Textile Fibre Composites in Civil Engineering. Elsevier, 2016. P. 3-24.
  • Перепелкин К.Е. Структура и свойства волонон. М.: Химия, 1985. 208 с.
  • Перепелкин К.Е. Углеродные волокна со специфическими физическими и физико-химическими свойствами на основе гидратцеллюлозных и полиакрилонитрильных прекурсов // Химия волокон. 2002. № 4. С. 32-40.
  • Дубовый В.К. Стеклянные волокна: Свойства и применения. СПб. 2003. 129 с.
  • Волохина А.В. Высокопрочные арамидные волокна из смесей полимеров // Химия волокон. 2004. № 4. С. 5-8.
  • Colombo I.G. et al. Textile Reinforced Concrete: experimental investigation on design parameters // Mater. Struct. 2013. Vol. 46, № 11. P. 1933-1951.
  • Hegger J., Zell M., Horstmann M. Textile reinforced concrete - Realization in applications // Proceedings of the International FIB Symposium 2008 - Tailor Made Concrete Structures: New Solutions for our Society. CRC Press, 2008. P. 357-362.
  • Hegger J., Kulas C., Horstmann M. Realization of TRC Façades with Impregnated AR-Glass Textiles // Key Eng. Mater. Trans Tech Publications Ltd, 2011. Vol. 466. P. 121-130.
  • Novotná M. et al. Use of Textile Reinforced Concrete - Especially for Facade Panels // Adv. Mater. Res. Trans Tech Publications Ltd, 2014. Vol. 923. P. 142-145.
  • Hegger J., Goralski C., Kulas C. Load-bearing behavior of a pedestrian bridge made of textile reinforced concrete // ACI Spec. Publ. 2011. Vol. 1, № 275 SP. P. 483-501.
  • Hasan M. et al. Carbon filament yarn-based hybrid yarn for the heating of textile-reinforced concrete // J. Ind. Text. 2014. Vol. 44, № 2. P. 183-197.
  • Yin S.P., Xu S.L., Wang F. Investigation on the flexural behavior of concrete members reinforced with epoxy resinimpregnated textiles // Mater. Struct. 2015. Vol. 48, № 1-2. P. 153-166.
  • Meier U., Müller R., Puck A. GFK-Biegeträger unter quasistatischer und schwingender Beanspruchung // Proc. Int. Tagung über verstärkte Kunststoffe. 1982. № 35. P. 35.1-35.7.
  • Meier U. Carbon Fiber Reinforced Polymer Cables: Why? Why Not? What If? // Arab. J. Sci. Eng. 2012. Vol. 37, № 2. P. 399-411.
  • Anderegg P., Brönnimann R., Meier U. Reliability of longterm monitoring data // J. Civ. Struct. Heal. Monit. 2014. Vol. 4, № 1. P. 69-75.
  • Quadflieg T., Stolyarov O., Gries T. Carbon rovings as strain sensors for structural health monitoring of engineering materials and structures // J. Strain Anal. Eng. Des. 2016. Vol. 51, № 7. P. 482-492.
  • Yeung Y.C.T., Parker B.E. Composite tension members for structural applications. In: Marshall, I.H. (ed.) // Compos. Struct. 1987. P. 309-320.
  • Baschnagel F. et al. Fatigue and Durability of Laminated Carbon Fibre Reinforced Polymer Straps for Bridge Suspenders // Polymers (Basel). 2018. Vol. 10, № 2. P. 169.
  • Baschnagel F. et al. Fretting Fatigue Behaviour of PinLoaded Thermoset Carbon-Fibre-Reinforced Polymer (CFRP) Straps // Polymers (Basel). Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2016. Vol. 8, № 4. P. 124.
  • Czaderski C., Meier U. EBR Strengthening Technique for Concrete, Long-Term Behaviour and Historical Survey // Polymers (Basel). 2018. Vol. 10, № 1. P. 77.
  • Kotynia R. et al. RC Slabs Strengthened with Prestressed and Gradually Anchored CFRP Strips under Monotonic and Cyclic Loading // J. Compos. Constr. 2011. Vol. 15, № 2. P. 168-180.
  • Terrasi G., Meier U., Affolter C. Long-Term Bending Creep Behavior of Thin-Walled CFRP Tendon Pretensioned Spun Concrete Poles // Polymers (Basel). 2014. Vol. 6, № 7. P. 2065-2081.
  • Nanni A. et al. Performance of FRP Tendon-Anchor Systems for Prestressed Concrete Structures // PCI J. 1996. Vol. 41, № 1. P. 34-44.
  • Toutanji H., Saafi M. Performance of concrete beams prestressed with aramid fiber-reinforced polymer tendons // Compos. Struct. 1999. Vol. 44, № 1. P. 63-70.
  • Campbell T.I. et al. Design and evaluation of a wedge-type anchor for fibre reinforced polymer tendons // Can. J. Civ. Eng. 2000. Vol. 27, № 5. P. 985-992.
  • Cosenza E., Manfredi G., Realfonzo R. Behavior and Modeling of Bond of FRP Rebars to Concrete // J. Compos. Constr. 1997. Vol. 1, № 2. P. 40-51.
  • De Lorenzis L., Miller B., Nanni A. Bond of fiber-reinforced polymer laminates to concrete // ACI Mater. J. 2001. Vol. 98, № 3. P. 256-264.
  • Bakis C. Analysis of bonding mechanisms of smooth and lugged FRP rods embedded in concrete // Compos. Sci. Technol. 1998. Vol. 58, № 8. P. 1307-1319.
  • Mahmoud Z.I., Rizkalla S.H. Bond of CFRP prestressing reinforcement // 2d Int. Conf. on Advanced Composite Materials in Bridges and Structures. Montreal, 1996.
  • Gerritse A., Den Uijl J. Long term behaviour of arapree // Proceedings of Non-Metallic (FRP) Reinforcement for Concrete Structures (FRPRCS-2). Ghent, Belgium, 1995. P. 57-66.
  • Shahidi F. Bond degradation between FRP bars and concrete under sustained loads. University of Saskatchewan, 2003.
  • Zou P.X.W. Long-Term Deflection and Cracking Behavior of Concrete Beams Prestressed with Carbon FiberReinforced Polymer Tendons // J. Compos. Constr. 2003. Vol. 7, № 3. P. 187-193.
  • Zou P.X.W., Shang S. Time-dependent behaviour of concrete beams pretensioned by carbon fibre-reinforced polymers (CFRP) tendons // Constr. Build. Mater. 2007. Vol. 21, № 4. P. 777-788.
  • Youakim S.A., Karbhari V.M. An approach to determine long-term behavior of concrete members prestressed with FRP tendons // Constr. Build. Mater. 2007. Vol. 21, № 5. P. 1052-1060.
  • Rodriguez-Gutierrez J.A., Aristizabal-Ochoa J.D. Shortand Long-Term Deflections in Reinforced, Prestressed, and Composite Concrete Beams // J. Struct. Eng. 2007. Vol. 133, № 4. P. 495-506.
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp