土木工程用FRP筋的耐久性研究进展

纤维增强塑料(FRP)筋作为一种钢筋替代材料在土木工程中应用日渐广泛。本文对FRP筋在多种环境条件下的耐久性问题的国内外研究进展进行了综述,重点讨论了温度、湿度、酸、碱、盐溶液等环境作用下FRP筋的耐久性及模拟加速环境作用对FRP筋与混凝土界面粘结性能的影响。结果表明,上述环境作用对FRP筋及其与混凝土界面粘结性能的耐久性都有不同程度的影响。另外,本文还给出Fares E.Tannous等人建立的FRP筋在盐、碱溶液侵蚀作用下的耐久性预测模型,并对今后FRP筋的耐久性研究趋势作了展望。

不同种类拉挤FRP筋材压缩强度研究

针对拉挤纤维增强树脂基复合材料(FRP)筋材的压缩强度远低于其拉伸强度的问题,分别对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋材、碳纤维增强复合材料(CFRP)筋材和混杂纤维增强复合材料(HFRP)筋材进行了端部有约束和无约束压缩实验,研究纤维类型、端部约束条件对FRP筋材在轴压状态下的破坏形式与压缩强度的影响规律。结果表明,无端部约束时不同纤维类型的FRP筋材的破坏现象与压缩强度差别较大;端部约束可以改变筋材的破坏方式,提高筋材的压缩强度;不同端部约束形式对不同FRP筋材压缩强度的提高作用不同。

FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承载力的性能研究

利用FRP筋混凝土梁截面的平衡条件和变形协调条件,给出梁的平衡配筋率;分析FRP筋混凝土梁三种破坏模式,即受压破坏、受拉破坏和平衡破坏的特性;研究FRP筋混凝土梁配筋率对其正截面极限抗弯承载力的影响,并给出其影响系数。研究表明:配筋率在一定范围内,抗弯承载力随着配筋率的增大而增大;根据配筋率的不同,探讨FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承载力的计算方法,建立与之相应的计算公式,并将计算结果与国内外文献中的部分试验结果相比较,且两者吻合较好。

FRP筋混凝土梁非线性全过程分析

根据FRP筋混凝土梁的受力性能,以数值积分方法为基础,考虑材料的特性,编制计算程序,给出其弯距与曲率、荷载与变形的关系曲线,并与算例中的试验结果相对比,且二者吻合良好;探讨两曲线在不同受力阶段的特征,并将其分为截面开裂前和截面开裂后两阶段;分析配筋率和混凝土强度对截面弯距-曲率关系曲线的影响.研究表明,在截面开裂前,配筋率对弯距-曲率的影响很小;在截面开裂后,其影响较大,随着配筋率的增加,曲线斜率越大,截面刚度越大,梁的抗弯承载力越大;混凝土强度越高,截面的开裂弯距和极限弯距越大.

混凝土梁嵌粘混合FRP筋弯曲性能试验研究

分别在钢筋混凝土简支梁和连续梁的受弯区、负弯矩区表层嵌粘不同FRP筋材进行加固,进行单调加载弯曲试验,研究不同初始荷载、FRP筋种类对简支梁、连续梁嵌粘FRP筋后的特征荷载、应变、变形等的影响程度,记录加载过程中梁体裂缝扩展情况。结果表明:不同FRP筋混合嵌入加固混凝土梁,可显著提高简支梁、连续梁的抗弯承载力,改善使用阶段性能,与单一FRP筋材嵌粘加固相比,裂缝分布特征相似,延性更佳;在初始荷载未完全卸除时,混凝土梁表层嵌粘不同FRP筋的加固效果略逊于无初始荷载作用下的加固梁,不过效果仍比较理想,建议实际工程中尽可能卸除外部荷载后再进行嵌粘混合FRP筋加固。

FRP连续抽油杆的研制

研制了一种新型FRP连续抽油杆。介绍了其原料选择和拉挤成型工艺以及应用前景。

工作面配巷玻璃杆锚杆支护优化数值模拟分析

基于掘进工作面配巷回采条件,采用FLAC数值模拟方法,对不同的支护方案进行对比,确定最优的支护方案参数。研究表明:(1)基于FLAC3D数值模拟分析可知,在顶板布设3根锚杆条件下,锚杆间排距在1000~1200 mm时,围岩-锚杆体系的受力区域存在锚固盲区;锚杆间排距在800~900 mm时,单锚的自由段与锚固体的应力场相互叠加,承载能力充分发挥,但顶板两肩预应力覆盖影响范围弱,需要进一步优化支护方式。(2)基于FLAC3D数值模拟分析可知,在顶板布设4根锚杆条件下(间距≤900 mm),单根锚杆锚固端与自由端之间的预应力叠加几乎将悬顶部位覆盖,锚杆间的预应力盲区几乎被取代,支护效果良好。(3)对比数值模拟计算结果,当锚杆间排距由900 mm减小到800 mm时,预应力扩散作用的增强效应并不显著;800 mm的间距过密,造成了材料浪费和经济损伤。因而,玻璃钢锚杆合理间排距为:900 mm×900 mm(单排4根)。

湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制研究

湿热环境下,含界面缺陷的复合绝缘子更易发生酥朽断裂、界面击穿等严重事故。目前湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制尚未明确。本文对含有不同界面缺陷的复合绝缘子短样进行湿热老化,对比吸潮与干燥状态下各试样的温升与放电结果,然后通过解剖观察、微观形貌观察及表面元素与官能团变化分析,研究湿热环境对含界面缺陷复合绝缘子性能的影响。结果表明:绝缘子界面缺陷在湿热作用下会加速绝缘子的老化进程,扩大为界面失效,界面处局部放电与水分杂质的极化损耗会引发异常发热故障,其中金属缺陷引发的温升明显高于其他类型缺陷;随着界面缺陷逐步扩大,环氧树脂由界面向内部发生氧化分解,玻璃纤维大量裸露,进而发生劣化。

膨胀土高边坡FRP类锚杆支护对比研究

膨胀土边坡在膨胀土地区经常出现,考虑采用纤维增强聚合物锚杆作为支护,即研究FRP类材料锚杆替代钢材锚杆。并制定CFRP锚杆和GFRP锚杆对比试验方案,将两类锚杆的应力、位移、极限承载力等试验结果对比分析,得出两类锚杆在三个方面的性能与效果,最终得到了有益结论。

超声法检测绝缘子用玻璃钢芯棒脆断裂纹的研究

脆断是高电压复合绝缘子在很低的日常载荷下发生的恶性断裂事故,国内外研究认为应力腐蚀造成了绝缘子芯棒脆断的发生。文中根据芯棒脆断的特点,提出以超声纵波斜入射检测芯棒脆断横截面上的裂纹,同时据此研制了一种用于芯棒脆断裂纹检测的超声探头,并对芯棒脆断时裂纹的扩展过程进行了检测,得到了芯棒脆断裂纹发展过程中超声脉冲回波幅值的变化并对其进行了讨论分析,这对于进一步了解复合绝缘子的脆断机理有重要意义。

合成绝缘子芯棒脆断性能及试验方法的研究

国内合成绝缘子的使用量越来越大,随着运行时间的增加,发生的故障也越来越多。其中由于合成绝缘子芯棒的脆断而导致的事故已经发生了多起,这个问题在国内引起了广泛的关注。文章在实验室采用两种加载方式对脆断过程进行模拟。一种是恒定应力法,用来检查芯棒的耐应力腐蚀性能;另外一种是递减应力法,用来模拟出和实际运行复合绝缘子中出现的尽可能类似的脆断断口。在实验室成功的模拟出和运行中几乎相同的芯棒脆断断口,对芯棒的脆断性能有所了解。试验时的一些因素会显著影响脆断的发展过程,而这些因素在国外试验草案中都未得到充分的讨论和说明。通过对试验条件的研究,给出了合成绝缘子芯棒耐应力腐蚀试验方法。

棒形复合绝缘子芯棒吸湿问题的分析与对策

通过对复合绝缘子用芯棒在型式试验中发现绝缘强度降低的现象进行分析,认为芯棒存放或者加工过程中发生了吸湿现象。为了研究芯棒吸湿引起的绝缘强度下降情况、吸湿特点以及预防措施,对芯棒进行了吸湿率、直流击穿、受潮后放电紫外线测量等试验。试验结果显示,吸湿会加剧芯棒局部放电,整支芯棒由于场强畸变（110kV复合绝缘子吸湿后畸变率为52.8%-90.4%）也会加剧局部放电现象,间隔性的吸湿引起场强畸变（〉95%）高于完整相同长度受潮的情况。芯棒吸湿集中在玻璃纤维裸露处,属于Fick扩散。热烘（〉50℃）会导致芯棒热失重,当重新浸入潮湿环境中会加剧吸湿,但提高环境温度（≥30℃）可有效抑制芯棒吸湿。对吸水率的深入分析认为,吸水率〈0.03%可满足同标准规定的直流击穿强度,并提出等效渗入深度概念。综合上述研究结果得出,加强原料和工艺控制,提高芯棒的生产和储存环境温度,生产过程中增加吸水率检测,运输过程中切面封RTV涂料等手段可有效降低芯棒的吸湿情况。

复合绝缘子运行过程中芯棒出现脆断原因初析

复合绝缘子在运行过程中，高压端的芯棒与金具非联接部位所出现的断裂，不是纯拉力造成的，而是耐酸性差的芯棒，被高场强下电晕产生的ＮＯ２与水反应生成的硝酸缓慢腐蚀后在承担正常载荷时造成的。文章分析了其断裂原因和作用机理，并提出了预防措施。

玻璃钢螺旋锚的现场拉拔试验

回顾了FRP螺旋锚的基本结构型式,介绍现场拉拔试验的设计,完成了无灌浆和灌浆FRP螺旋锚的现场拉拔试验。无灌浆锚杆的最大拉拔力约在10 kN左右,而灌浆锚杆的拉拔力提高到15～20 kN,且拉拔位移较小。拉拔试验结果与现有拉拔力公式的计算值进行比较,并对螺旋锚的结构和施工提出一些改进意见。

如东长江超长距离定向钻穿越设计

如东长江定向钻穿越长度3 300m,为管径711mm管道穿越长度的世界之最,穿越地层主要为粉砂、粉质黏土层。由于本工程穿越长度为世界之最,没有相关的设计和施工经验,面临钻杆易断裂、导向孔对接难度大、防腐层易破坏等问题,而且其两岸经济发达,道路和民房、工厂等结构物遍布施工场区周边,回拖场地十分受限,设计新的计算方法和设计思路解决了以上诸多问题,并在施工中成功实施,确保了长达3 300m长江天然气管道穿越工程的顺利完成,可为今后同类型江河定向钻穿越工程的设计和施工提供借鉴与参考。

复合绝缘子酥朽发热老化的原因分析

为探究500 kV陕瀛线复合绝缘子异常发热的原因,采集故障绝缘子样本进行了红外和紫外检测、解剖分析、电镜扫描、X射线能谱分析等试验,结果表明,陕瀛线复合绝缘子异常发热故障是酥朽老化引起;酥朽老化是绝缘子的内部蚀损导致,其直接表现特征为局部发热,红外精确定位是早期发现此类故障的有效办法;酥朽老化的形成过程与复合绝缘子内部缺陷引起的局部放电有关,局放引起发热,伴随环氧树脂化学裂解,玻璃纤维表面蚀损,硝酸根离子产生等特征,导致绝缘子机械强度下降。

直流复合绝缘子芯棒材料中空间电荷特性研究

使用PEA法空间电荷测量系统测量了负直流高压电场作用后复合绝缘子芯棒材料中空间电荷分布,并进行了相关的分析和讨论。结果表明,在高压直流电场作用下,芯棒材料内部积累的空间电荷的极性和密度受到温度、电场强度和电场作用时间等因素的影响。由于陷阱深度的不同和物理、化学变化的作用,不同温度下芯棒材料内空间电荷的积聚极性和积聚量不同,特别是在20℃和40℃之间以及100℃和120℃之间存在明显变化。20℃下芯棒材料中空间电荷的积累随电场增大、电压作用时间的增加而增加。

复合绝缘子断串原因分析及防范措施

复合绝缘子断串问题是威胁输电线路安全稳定运行的关键问题。为系统分析复合绝缘子断串类型和原因,文中对实际运行复合绝缘子断串样品进行了统计分析,并对金具破损及芯棒脆断等引起的断串问题进行了总结归纳。结果表明绝缘子芯棒断串原因主要为端部密封失效、外护套破损、芯棒与护套界面粘结失效等。基于上述分析,文中提出了加强入网检测和运行性能分析、重视日常带电检测工作及对重要通道复合绝缘子技术改造三方面措施,从而为复合绝缘子断串防治提供参考。

玻璃纤维含量对复合绝缘子芯棒机械性能的影响

特高压复合绝缘子对于芯棒有较高的拉弯性能要求。通过对芯棒进行强度性能测试,研究了玻璃纤维纱含量对芯棒拉弯性能的影响。结果表明,当芯棒的纤维质量分数在79%～83%时,芯棒的机械性能最优。复合绝缘子中的芯棒最终按照质量分数80%左右的纤维含量进行生产,产品顺利通过了复合相间间隔棒产品定型试验。

换流阀阀塔玻璃钢拉杆的超声检测

测定了阀塔玻璃钢拉杆轴向声学性能,用开发的UT-CAS系统计算了相控阵探头在拉杆内声场分布,以及螺纹与裂纹回波信号随距离的变化关系,设计确定了阀塔玻璃钢拉杆的超声相控阵检测工艺;用该工艺实际检测拉杆模拟裂纹,结果表明:在拉杆的重点检测区域内,深2mm的径向裂纹比同等深度螺纹波高6～13.1dB,能可靠地检出.