Fiber takviyeli polimer (FRP), son yıllarda inşaat mühendisliği takviyeli alanında kullanılan yeni bir malzeme türüdür. FRP teknolojisi inşaat mühendisliği alanında yaygın olarak kullanılmıştır. Bu makalede inşaat mühendisliği takviye alanında yaygın olarak kullanılan FRP malzemelerinin türleri ve fiziksel özellikleri ayrıntılı olarak tanıtılmıştır. İlgili takviye teknolojisinin avantajları ve dezavantajları analiz edilir ve yurt içinde ve yurtdışında FRP takviye teknolojisinin uygulanması ve geliştirilmesi tanıtılır.

Son yıllarda, Çin'in sosyal ve ekonomik seviyesinin hızlı gelişmesi ile birlikte, insanlar gittikçe daha karmaşık binaların kullanımını talep ediyorlar. Binaların fonksiyonel gereksinimleri değiştiğinde veya yapısal tasarım ihmal edildiğinde binalar için takviye önlemleri almak gerekir. Binaların takviyesi, binaların kullanım fonksiyonunu sağlamak için çok düşük bir maliyetle korunabilir veya arttırılabilir. Geçen yüzyılın 60'larından beri insanlar beton yapıları güçlendirmek için dış bağlı çelik levhaları kullanmaya başladılar. Bu yöntem düşük maliyetli ve kullanımı kolay olsa da, bu yöntemin birçok eksikliği var.

 (1) çeliğin kendi ağırlığı büyük, bu da binaların kullanım yükünü artırır.

 (2) Binaların güzelliği üzerindeki etkisi bazen kullanımları üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir.

 (3) Çelikin korozyon direnci zayıftır ve uzun vadeli çevresel etki paslanmak kolaydır, bu da özellikle endüstriyel binalarda takviye etkisini zayıflatır.

 (4) inşaat teknolojisi karmaşıktır ve inşaat döngüsü uzundur, bu nedenle inşaat sırasında binaların kullanımını durdurmak gerekir, bu da normal üretim ve yaşam üzerinde belirli bir etkiye sahiptir.

1990'lardan beri, lif takviyeli plastik (FRP) levhalar, üstün fiziksel ve mekanik özellikleri (yüksek mukavemet, hafif ağırlık, korozyon direnci) ve kolay kullanımı nedeniyle beton yapıları takviyelemek için çelik levhaları yavaş yavaş değiştirdi. Bu yeni takviye teknolojisi geleneksel yöntemlerin eksikliklerini aşıyor.

Türler ve özellikler

İnşaat alanında yaygın olarak kullanılan FRP malzemeleri esas olarak karbon lif (CFRP), cam lif (GFRP) ve aramid lif (AFRP) içerir. Bu tür lif malzemelerin fiziksel ve mekanik özellikleri, çekme mukavemetinin özel yerçekimi oranı gibi çok üstündür, yani "özel mukavemet" dediğimiz şey çelik, hafif ve yüksek mukavemet özelliklerinin onlarca katıdır. Çekme modülüsünün özel yerçekimi oranı, "özel modül" dediğimiz şey, çelikten daha yüksektir. CFRP'nin özel modülü çelikin 10 katıdır ve AFRP'nin özel modülü çelikin 2 ~ 3 katıdır. Yukarıda belirtilen kategorilere ek olarak, iki veya daha fazla farklı lifden, farklı matrikten, farklı lif malzemeleri şekillerinden oluşan bir hibrid lif (HFRP) vardır. Hibrit lif her iki bileşenin avantajlarına sahiptir.

Kısacası, çelik gibi geleneksel takviye malzemelerine kıyasla, FRP malzemeleri aşağıdaki yönlerde somutlanan açık avantajlara sahiptir:

 (1) özel güç daha yüksektir, yani ışık ve yüksek güç özelliklerine sahiptir. Geleneksel çelik takviye ile karşılaştırıldığında, FRP malzemesi yapısal kendi ağırlığını etkili bir şekilde azaltabilir.

 (2) asit direnci, alkali direnci, nem direnci ve yorgunluk direnci.

 (3) Farklı açıların ihtiyaçlarını karşılamak için FRP ürünlerinin farklı türlü lif malzemeleri, içerik ve yerleştirme yönü kullanarak farklı mukavemet göstergeleri, esneklik modülü ve diğer özel performans gereksinimlerini tasarlamak için güçlü tasarlanabilirlik;

 (4) iyi doğrusal elastik özelliğine sahiptir ve gerilim-gerilim eğrisi doğrusal elastikliğe yakındır.

 (5) Kolay işleme, taşıma ve depolama avantajları ile FRP kalıplama ürünleri de özellikle endüstriyel inşaat için uygundur, bu da takviye projelerinin kalitesini büyük ölçüde iyileştirir, emek verimliliğini ve inşaat sanayileşmesini teşvik eder.

Bununla birlikte, FRP malzemelerinin de eksiklikleri var. Örneğin, malzemelerin anisotropisi eşitsiz mekanik özelliklere, düşük elastiklik modülüne ve zayıf yangın direncine de yol açar.

İnşaat Mühendisliğinde FRP malzemelerinin uygulanması

Yapı malzemeleri olarak

942 yılında ABD Donanması ilk kez radomlar yapmak için GFRP malzemesini kullandı, bu da FRP'nin yapısal bir malzeme olarak ilk kez kullanıldığı oldu. 50'li ve 60'lı yıllarda 20. yüzyılda FRP uygulaması yavaş yavaş sivil inşaat alanına geçti. 1961'de İngiliz mühendisleri yeni bir kilisenin kulesini yapmak için GFRP'yi kullandılar. 1968'de İngiliz mühendisleri, havadaki yüksek klorür içeriği nedeniyle bir liman şehrindeki bir binanın eğri çatısını inşa etmek için GFRP plakaları ve alüminyum iskeletleri kullandılar. 1971 yılında, İngiltere'nin Liverpool'da 10 metre genişliğinde ve 1,5 metre genişliğinde bir GFRP sürekli kiriş köprüsü inşa edildi.

FRP'nin çalışması geçen yüzyılın 50'lerinin sonlarında başladı. 1958 yılında bazı bilimciler, beton bileşenlerdeki çubukları takviyelendirmek yerine cam elyaf paketlerinin kullanımını incelediler. 70'ler ve 80'ler 20. yüzyılda, FRP bina yapılarında giderek daha fazla kullanıldı. 1972'de Yunnan Eyaleti'nde bir yerde inşa edilen küresel bir radom (sayfa 202'yi aşağı çevir) (üst sayfa 184) tamamen GFRP malzemesinden yapılmıştır. 1982 yılında, Pekin'de bir GFRP bal tarzı kutusu kiriş otoyol köprüsü inşa edildi. Köprünün genişliği 20.7 metredir. Dünyada FRP malzemesi ile inşa edilen ilk otoyol köprüsüdür. O zamandan beri, inşaat mühendisliği yapılarında FRP'nin giderek daha fazla uygulaması uygulanmıştır. Bununla birlikte, uygulama örneklerinin büyük çoğunluğu FRP uygulamalarına bağlıdır, geçici bileşenler, bir deneme.

Son yıllarda, FRP malzeme üretim teknolojisinin sürekli yenilenmesi ve gelişimi ile, bina yapısı alanında uygulaması giderek daha geniş. Şimdiye kadar, FRP bina yapısı, FRP köprü yapısı ve inşaat mühendisliği alanındaki diğer uygulamalar gibi FRP malzemeleri ülkenin her yerinde görülebilir.

Yapısal takviye malzemesi olarak

FRP malzemeleri kullanarak ana gerilim bileşenlerinin yapısı, yapısal ağırlığı azaltmak için çok önde gelen avantajlar. Bununla birlikte, mevcut üretim süreçleri tarafından üretilen büyük ölçekli FRP bileşenlerinin maliyeti yüksektir, bu nedenle geleneksel yapı malzemelerinin kısa sürede büyük bir alanda FRP malzemeleri ile değiştirilmesi muhtemeldir. Son on yıllarda, dünya çapında birkaç büyük depremden sonra, giderek daha fazla bina yapısının onarılması ve güçlendirilmesi gerekiyor ve geleneksel takviye yöntemleri aşılması zor olan sorunlara sahiptir. Bu, FRP malzemeleri ile yapıların takviye teknolojisi için iyi bir mühendislik arka plan sağlar. Şu anda, yapısal takviye alanında FRP malzemelerinin araştırılması ve uygulanması akademik dünyada bir araştırma sıcak noktası haline geldi. 1980'lerin başında Japonya, eski binaları, özellikle de eski binaların sismik performansını güçlendirmek için FRP malzemelerini kullanmakta öncülük etti. Geçen yüzyılın 90'larında, Avrupa ve Amerika'daki gelişmiş ülkeler FRP takviye teknolojisi üzerine araştırmaları ardıcıl olarak gerçekleştirdi. ABD, FRP'yi köprü güvertesini güçlendirmek ve güçlendirmek için uygulamada öncülük etti. Avrupa'da İsviçre ve Almanya ilk kez FRP malzemeleri ile güçlendirilmiş demirbeton sütunlarının sismik performans çalışmasını gerçekleştirdiler. Birleşik Krallık, İtalya, Hollanda ve diğer ülkeler de FRP takviye teknolojisi için kapsamlı işbirliği araştırma planları gerçekleştirdiler. Şimdiye kadar, Avrupa, Amerika Birleşik Devletleri, Japonya ve diğer gelişmiş ülkelerde FRP takviye teknolojisinin kullanımı neredeyse olgunlaştı ve kendi tasarım ve inşaat kriterlerini oluşturdu.

Çin'in karbon fiber beton yapı onarım teknolojisi geçen yüzyılın 90'larında başladı. Bununla birlikte, 1997 yılından bu yana yerli üniversiteler ve araştırma enstitüleri de ilgili bilimsel araştırma çalışmalarını aktif olarak gerçekleştirdi ve verimli araştırma sonuçları elde etti. Çin Mimarlık Bilimleri Akademisi ve FRP beton yapıları güçlendirme diğer ilgili teoriler ve teknikler sistematik olarak incelenir. Tsinghua Üniversitesi, CFRP tarafından güçlendirilen çeşitli yapıların taşıma kapasitesi ve etkileyen faktörleri hakkında ayrıntılı ve derinlemesine bir çalışma gerçekleştirdi. Güneydoğu Üniversitesi, Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi vb. Beton çerçeve birleşik bağlama çelik takviyesi ve kesme taşıma kapasitesine araştırma yapmaya devam etti, taşıma kapasitesi hesaplama formülünü önerdi. FRP demirbeton dolu çelik boru sütunlarının mekanik özellikleri Shenyang İnşaat Üniversitesi'nde incelendi.

Özet

Teknolojinin gelişimi ile birlikte, FRP takviyelendirme yeni yöntemi endüstriyel ve sivil binaların takviyelendirilmesi ve onarımından köprülerin, tünellerin, su koruma projelerinin ve diğer özel yapıların takviyelendirilmesi ve onarımına kadar gelişmiştir. FRP malzemesi inşaat mühendisliği takviyesi alanında çok geniş bir uygulama beklentisine sahiptir, ancak bina yapısının FRP takviyesinin temel teorisinde ve tasarım yönteminde hala birçok eksiklik var ve bu alandaki bilimsel araştırma çalışması güçlü olmalıdır. Bununla birlikte, yeni bir malzeme olarak, FRP malzemesi bina yapısı takviyesi alanında göz ardı edilemez ve inşaat mühendisliği takviyesi alanında giderek daha yaygın olarak kullanılacaktır.