[01333980]新型玻璃纤维复合材料腰梁结构与性能研究

1、课题来源及背景 本项目属国家“十一五”科技支撑计划项目。 2、应用领域和技术原理 主要应用领域为建筑工程及岩土工程领域。 本项目技术原理主要以理论、试验和工程实践为研究基础,从施工便捷、绿色环保、资源可重复利用角度出发,研发一种使用新型复合材料腰梁支护装置,用于基坑工程中对新材料和新工艺的改进设备装置,通过使用附属连接件实现腰梁的循环使用,替代传统的钢筋混凝土腰梁或型钢腰梁;对新型纤维增强复合材料腰梁及其连接系统的结构力学性能和工程特性进行了系统研究。 3、性能指标 研究开发可供循环使用的新型腰梁结构,符合我国可持续发展的战略方针,对合理利用资源,减少环境污染意义重大。本项目通过一系列试验,对拉挤成型GFRP构件的材料性能和结构性能进行了研究,基于研究成果,研发出一种新型结构的双腹板工字型截面GFRP腰梁,并对新型腰梁构件的力学性能进行了试验研究和有限元分析;利用弹簧反力装置对GFRP腰梁构件在大吨位荷载作用下徐变特性进行了研究,探讨了GFRP腰梁的长期力学性能;根据腰梁现场连接施工特点,设计了内置套筒式连接装置; 首次将新型GFRP腰梁应用于基坑工程实践,对GFRP腰梁的施工工艺进行了研究;通过现场对比试验,对新型GFRP腰梁对锚索预应力损失的影响进行了研究。完成研究报告1份;现场试验（光纤测试）及室内试验（锚固试验）报告各1份;在国内外学术期刊上发表学术论文4篇,其中EI论文2篇;专利2项;培养1名博士研究生、2名硕士研究生。 4、成果的创造性、先进性 成果的创造和先进性主要体现在： （1）设计一种新型双腹板工字形GFRP腰梁,并取得专利产品。试验研究结果表明GFRP腰梁采用双腹板工字形截面型式,构件的稳定性得到加强,材料的强度特性得到充分发挥。 （2）采用弹簧反力装置首次对GFRP拉挤构件首次进行了大吨位徐变特性的试验研究,验证了 GFRP腰梁长期力学性能可以满足实际工程要求。 （3）首次将GFRP腰梁应用于基坑工程实践,通过内置套筒式GFRP腰梁连接方法,形成腰梁可拆卸的施工工艺,从而可实现腰梁循环利用。对复合材料腰梁对锚索预应力损失的影响进行了现场试验研究,揭示了不同材料特性（弹性和徐变性能）的腰梁对锚索预应力损失的影响规律。 5、推广应用的范围、条件和前景 2008年世界进入城市化发展时期,整个世界的城市化水平超过了50%。经验表明,城市化水平在30%～70%是快速期,45%～55%之间是最快发展时期。中国于2012年达到了51.27%,预计2020年将达到56%。随着我国城市化进程的迅猛发展,一些问题（如土地紧缺、建筑空间拥挤、环境污染等）也相伴产生。城市发展的历史表明,单纯地以高层建筑和高架道路为标志的向上部发展模式,已不是扩展城市空间的最佳模式,向地下要空间已成为城市发展的必然。 目前,我国在开发与利用地下空间方面已涉及到工业、民用、交通以及军工等各个领域,出现了各种不同用途的地下空间,如高层建筑地下室、地下通信设施、地下排污管道、地下商场、停车场、地铁车站、隧道、地下人防等工程。与此同时,基坑工程,其最基本的作用是为地下工程开挖创造条件,主要包括挡土、支护、降水、挖土等环节,随着地下空间开发规模的不断加大,基坑则越挖越深,开挖面积越来越大。目前在深基坑工程施工中常见的支护形式主要有排桩支护、土钉墙、桩锚支护、地下连续墙及联合支护等,多由钢材、混凝土、钢筋混凝土等传统材料建造。基坑工程属临时工程,在其使用寿命期结束后,在我国每年就有数百万吨的钢材、混凝土等材料被永久地埋于地下。这既浪费大量的资源,污染环境,还将影响地下空间的后续利用。因此,在基坑支护中采用可循环利用、无污染环境的新型建筑材料和施工技术将具有广阔的应用前景,经济效益显著。 6、存在的问题和改进意见 需要加强推广和工程应用。