日本大學開發使用碳纖維增強塑料實現堅固的結構

核心提示：對照未加強度的樣品會由于兩端銷柱整體屈曲而導致的失效（a）。與對照樣品的形狀相比，所有CFRP加固樣品的變形形狀都大不相同，

對照未加強度的樣品會由于兩端銷柱整體屈曲而導致的失效（a）。與對照樣品的形狀相比，所有CFRP加固樣品的變形形狀都大不相同，并且可以有效增加最大壓縮載荷。 圖片來源：豐橋技術科學大學。   豐橋技術科學大學建筑與土木工程系結構工程實驗室的研究人員開發一種新概念，可使用無粘結碳纖維增強塑料（CFRP）層壓板來增強關鍵建筑結構中的鋼，以增強結構鋼的屈曲性能。該方法在CFRP涂覆之前不需要進行鋼表面處理，因為CFRP沒有粘結到表面上，通過其抗彎剛度有助于提高結構強度。該研究結果于2020年初發表在Construction and Building Materials上。   繼在土木工程領域在混凝土加固方面取得成功之后，CFRP現已發展成為一種加固鋼構件的方法，而不是使用傳統的鋼板。CFRP是優選的，因為它具有多個優點，例如重量輕，強度/重量比高以及出色的抗疲勞性和耐腐蝕性。然而，迄今為止，使用CFRP加固鋼的研究和開發主要集中在粘合技術上，該技術涉及使用粘合劑將CFRP附著到鋼表面。粘結加固存在缺點，因為在安裝CFRP之前需要進行復雜且費時的表面處理。此外，由于在整個使用壽命中都暴露在環境中，因此鋼和CFRP之間的粘結強度性能（作為該強化技術的關鍵方面）也會顯著降低。用另一種新的bonded-CFRP技術代替此方法并不是特別合適的解決方案，因為它不太可能具有成本效益。   研究小組開發使用CFRP加固鋼的方法，為此他們沒有將其粘結到鋼表面。事實表明，這種方法可延遲屈曲并增加鋼筋的壓縮能力，而壓縮能力的提高則受到碳纖維層數的影響。。   主要作者Fungky Satria Yoresta解釋說：“作為使用結合到鋼表面的CFRP的鋼加固方法的替代方法，我們開發這種unbonded-CFRP方法。” “此方法的主要優點是實施起來更容易，更省時，尤其是將其應用于建筑結構的現有元素時。不再需要麻煩的鋼表面處理，例如噴砂，噴砂處理，或手動打磨，這可以節省大量成本。”他說。   研究小組負責人Yukihiro Matsumoto教授補充說：“幾乎所有以前的研究都使用粘接劑來增強CFRP的鋼構件。這種方法相當復雜，因為在應用CFRP之前需要適當的鋼表面處理，以使CFRP與鋼表面形成可接受的粘結。表面處理條件也影響粘結強度。”   “此外，我們無法完美地估算使用壽命期間暴露于環境對CFRP與鋼之間的粘結性能的影響。因此，我們試圖通過開發我們自己的無粘結強化方法來改進傳統方法。”   他說：“無粘結的加固方法是有用，易于應用且易于管理的。但是，我們的方法不能平穩地傳遞應力，因此需要建立適當的力學模型。因此，我們進行力學模擬和實驗以證明這一點。”   他們工作的發現使研究團隊成員相信bond-free CFRP方法不僅可以應用于土木工程，而且可以應用于其他領域，例如航空航天，汽車和海洋工業。 有望采用這種有前途的新方法來快速生產創新的高質量產品。  

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