碳纤维在水工程中的应用探析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：结构在正常使用时具有良好的工作性能，不发生过大的变形或宽度过大的裂缝，不产生影响正常使用的振动。碳纤维在工程领域的应用，最先是用于军事工业诸如飞机、坦克和潜艇，以后在交通汽车与公路的修补，渔业与体育休闲的渔竿、球杆、球拍坚而轻的器材等，及土木工程界的结构加固等方面应用。其中水工程的碳纤维应用，体现在下列6个方面，如图1.1所示。图1.1碳纤维在水工程中应用的6大功能

水工程结构设计的基本目的是：在一定的经济条件下，结构在预定的使用期限内满足设计所预期的各项功能。结构的功能要求包括以下几个方面。

（1）安全性。结构在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用，其中包括荷载引起的内力、振动过程中的恢复力以及由外加变形（如超静定结构的支座沉降）、约束变形（如温度变化或混凝土收缩引起的构件变形受到的约束）所引起的内力。结构在设计规定的偶然事件发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，不发生倒塌或连续破坏。

（2）适用性。结构在正常使用时具有良好的工作性能，不发生过大的变形或宽度过大的裂缝，不产生影响正常使用的振动。

（3）耐久性。结构在正常维护下具有足够的耐久性能，不发生钢筋锈蚀和混凝土的严重风化等现象。所谓足够的耐久性能，系指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料性能的恶化不会导致结构出现不可接受的失效概率。从工程概念上讲，足够的耐久性能就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。(https://www.chuimin.cn)

这些功能要求概括起来称为结构的可靠性。即结构在规定的时间内（设计基准期），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用维护）完成预定功能（安全性、适用性和耐久性）的能力。显然，增大结构设计的余量，如加大结构构件的截面尺寸或钢筋数量，或提高对材料性能的要求，总是能够增加或改善结构的安全性、适应性和耐久性要求，但这将使结构造价提高，不符合经济的要求。因此，结构设计要根据实际情况，解决好结构可靠性与经济性之间的矛盾。既要保证结构具有适当的可靠性，又要尽可能降低造价，做到经济合理。于是，碳纤维（CFRP）顺应历史发展而生。

碳纤维在工程领域的应用，最先是用于军事工业诸如飞机、坦克和潜艇，以后在交通汽车与公路的修补，渔业与体育休闲的渔竿、球杆、球拍坚而轻的器材等，及土木工程界的结构加固等方面应用。其中水工程的碳纤维应用，体现在下列6个方面，如图1.1所示。

图1.1　碳纤维在水工程中应用的6大功能

碳纤维在水工程中的应用探析

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