日本大学开发使用碳纤维增强塑料实现坚固的结构

核心提示：对照未加强度的样品会由于两端销柱整体屈曲而导致的失效（a）。与对照样品的形状相比，所有CFRP加固样品的变形形状都大不相同，

对照未加强度的样品会由于两端销柱整体屈曲而导致的失效（a）。与对照样品的形状相比，所有CFRP加固样品的变形形状都大不相同，并且可以有效增加最大压缩载荷。 图片来源：丰桥技术科学大学。   丰桥技术科学大学建筑与土木工程系结构工程实验室的研究人员开发一种新概念，可使用无粘结碳纤维增强塑料（CFRP）层压板来增强关键建筑结构中的钢，以增强结构钢的屈曲性能。该方法在CFRP涂覆之前不需要进行钢表面处理，因为CFRP没有粘结到表面上，通过其抗弯刚度有助于提高结构强度。该研究结果于2020年初发表在Construction and Building Materials上。   继在土木工程领域在混凝土加固方面取得成功之后，CFRP现已发展成为一种加固钢构件的方法，而不是使用传统的钢板。CFRP是优选的，因为它具有多个优点，例如重量轻，强度/重量比高以及出色的抗疲劳性和耐腐蚀性。然而，迄今为止，使用CFRP加固钢的研究和开发主要集中在粘合技术上，该技术涉及使用粘合剂将CFRP附着到钢表面。粘结加固存在缺点，因为在安装CFRP之前需要进行复杂且费时的表面处理。此外，由于在整个使用寿命中都暴露在环境中，因此钢和CFRP之间的粘结强度性能（作为该强化技术的关键方面）也会显着降低。用另一种新的bonded-CFRP技术代替此方法并不是特别合适的解决方案，因为它不太可能具有成本效益。   研究小组开发使用CFRP加固钢的方法，为此他们没有将其粘结到钢表面。事实表明，这种方法可延迟屈曲并增加钢筋的压缩能力，而压缩能力的提高则受到碳纤维层数的影响。。   主要作者Fungky Satria Yoresta解释说：“作为使用结合到钢表面的CFRP的钢加固方法的替代方法，我们开发这种unbonded-CFRP方法。” “此方法的主要优点是实施起来更容易，更省时，尤其是将其应用于建筑结构的现有元素时。不再需要麻烦的钢表面处理，例如喷砂，喷砂处理，或手动打磨，这可以节省大量成本。”他说。   研究小组负责人Yukihiro Matsumoto教授补充说：“几乎所有以前的研究都使用粘接剂来增强CFRP的钢构件。这种方法相当复杂，因为在应用CFRP之前需要适当的钢表面处理，以使CFRP与钢表面形成可接受的粘结。表面处理条件也影响粘结强度。”   “此外，我们无法完美地估算使用寿命期间暴露于环境对CFRP与钢之间的粘结性能的影响。因此，我们试图通过开发我们自己的无粘结强化方法来改进传统方法。”   他说：“无粘结的加固方法是有用，易于应用且易于管理的。但是，我们的方法不能平稳地传递应力，因此需要建立适当的力学模型。因此，我们进行力学模拟和实验以证明这一点。”   他们工作的发现使研究团队成员相信bond-free CFRP方法不仅可以应用于土木工程，而且可以应用于其他领域，例如航空航天，汽车和海洋工业。 有望采用这种有前途的新方法来快速生产创新的高质量产品。  

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