近日，配置自锚一体式碳纤维复材索的工业廊道钢桁架于上海金山区成功吊装就位，这是该类复材索在国内的首例示范应用。

图1 上海石化大丝束原丝栈桥现场图

       1.技术简介       碳纤维增强复合材料（简称碳纤维复材，CFRP）具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点，广泛应用于航空航天、土木建筑、体育装备等领域，是未来极具潜力的新型结构材料。       在桥梁中采用碳纤维复材索替代传统钢索是近年来相关领域研究开发的热点。碳纤维复材索有助于实现更大跨度的桥梁，进一步提升桥梁拉索的服役年限。碳纤维复材索根据结构形式可以分为平行棒索、平行板索、绞线索和拉杆索等。

图2 不同类型的碳纤维复材索[1]

      清华大学冯鹏课题组对不同形式的碳纤维复材索开展了系列研究，提出了一种自锚一体式碳纤维复材索，并进行了相关力学性能测试和分析，论证了该新型构件力学性能的可靠性及优越性。针对该构件的相关研究详见“桥长长其修远兮，吾将上下而‘碳索’——万米大桥中的碳纤维复材索”。自锚一体式碳纤维复材索因其索体轻薄、锚索一体而具有轻盈简洁的艺术效果。

图3 自锚一体式碳纤维复材索的三种构造形式[2-7]

       2.项目简介       上海石化原丝运输栈桥项目采用了自锚一体式碳纤维复材索，由清华大学负责相关技术、中国京冶负责设计、中复碳芯负责制作，成功实现了该类型碳纤维复材索在国内的首例工程应用。新型碳纤维复材索在该项目中为工业廊道钢桁架桥的斜腹杆。该钢桁架桥跨度为30米，高度为4.5m，连接南北厂区，用于生产过程物料自动化运输。结构布置图如图4所示。

图4 钢桁架桥结构布置图

       本项目采用的碳纤维复材索长4.3m，采用国产碳纤维为原料，单根索的极限抗拉承载力高达4550kN，而索体的自重仅为4.5kg/m。

图5 碳纤维复材索的制作过程

       3.现场安装       由于自重很轻，施工非常方便，该栈桥现场安装的速度大大提升。

图6 碳纤维复材索栈桥的安装流程

       4.结语       清华大学冯鹏课题组一直从事土木工程纤维复材的相关理论研究、技术创新和工程示范，其中碳纤维索的开发经历了十余年，最终在该项目中得以应用。特别感谢岳清瑞院士不断引领和推动我国土木工程纤维复材发展，特别感谢中冶建研院、中复、上海石化、北科大、秦皇岛耀华、工兵一所、北玻院等单位的领导和同仁大力支持，期待碳纤维复材索在桥梁工程领域有更为广阔的应用！让我们一起“碳”索！       5.参考文献       [1] GB/T 35156，2017. 结构用纤维增强复合材料拉索[S]. 北京：中国标准出版社.       [2] 冯鹏，艾鹏程. 用于桥梁的拉索. 国家发明专利[P]， 授权号：ZL 20161085497.1， 2016-09-27.       [3] 林红威，艾鹏程，冯鹏. 自锚式碳纤维拉索及加工方法. 国家实用新型专利[P]， 授权号：ZL 202010942659.4， 2020-09-09.       [4] 艾鹏程. 自锚一体式碳纤维复材拉索受力性能及设计方法研究[D]. 北京：清华大学，2021.       [5] Pengcheng Ai, Feng Peng, Lin Hongwei, et al. Novel self-anchored CFRP cable system: concept and anchorage behavior[J]. Composite Structures, 2021, 263: 113736.       [6] Pengcheng Ai, Feng Peng. Mechanical behavior of CFRP laminated strip-loop cables[C]. Proceedings of 6th Asia-Pacific Conference on FRP in Structures, Singapore.       [7] Xiong, Jianwu, Pengcheng Ai, Jin Xu, Jia-Qi Yang, and Peng Feng. A comprehensive study on CFRP rapid portable bridge: Design, experimental investigation and finite element analysis[J]. Composite Structures, 2022, 289: 115439. 

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