復合材料橋梁的技術及成本

一、技術及成本

采用碳纖維（CFRP）制造復合材料橋梁可以獲得{zj0}的性能，但是碳纖維的成本比較高。玻璃鋼（GFRP）的成本較低，但是其模量低，需要更多的材料以保證橋梁的剛性，重量增加。因此采取碳纖維（CFRP）與玻璃鋼（GFRP）結合的方法，將碳纖維使用在{zd0}受力部位，可以取得復合材料橋梁制造成本與性能的平衡.

最早，復合材料橋梁采用手糊成型工藝，材料性能較低。后來，采用拉擠工藝制造，應用比較成功，但是拉擠工藝的局限性較大，難以實現個性化的制造，無法制造變截面有曲度的部件，且材料性能未得到發揮。隨著當前復合材料工藝的發展和成熟，可以使用的工藝越來越多，如真空袋工藝、液態樹脂灌注工藝、熱壓罐工藝等等。根據不同的設計，采用合理的工藝，可以在合理的成本下，獲得滿意的橋梁部件的性能。

山東中航泰達復合材料股份有限公司，針對復合材料橋梁的需求，開發了一套低成本快速成型技術。當前已有的成型技術，普遍存在如要最求低的工藝成本，材料性能下降顯著，造成終端產品的重量提高，最終成本的降低效果不大。如最求高性能，工藝成本就提高，終端產品的重量輕，但總成本提高。山東中航泰達結合實際橋梁項目的需求，經過分析，認為在保證材料高性能的前提下，通過有效降低工藝成本，才可以使綜合成本{zd1}，同時保證結構的重量最輕。這項技術應用于紅水河某特大橋上，取得良好的效果。原設計鋼結構總重約150噸，施工使用起重機械配合下，施工周期約1個月。改用復合材料結構后重量約15T，人工就可以搬運，施工周期1周。

當前手糊成型工藝因其環境污染問題，已經難以生存。現推行的復合材料成型技術均基于預浸料鋪貼。而預浸料鋪貼成型只有在適當壓力下，才能可靠得獲得高性能的材料。保證所獲得的復合材料中較高的纖維含量，是獲得良好力學性能的關鍵。并且，在較高的纖維含量下，同時材料致密的情況下，材料的抗老化的性能、抗蠕變性能更好，抗沖擊性能提高顯著。如玻璃鋼（GFRP）手糊工藝獲得的模量僅12～14GPa，拉擠工藝獲得的模量僅16～18GPa，而熱壓工藝可以獲得30～40 GPa。實際工程應用中，獲得相同剛性效果，熱壓工藝制件重量是拉擠工藝的約70%，是手糊工藝的約50%。在熱壓工藝制件上采用碳纖維增強，更加能夠有效發揮材料的性能，進一步減輕重量，最終產品的成本更加合理。

熱壓成型工藝，原來{zd0}的局限性是對設備依賴性大，尤其是大型結構件，配套的大型設備往往建設建設費用高昂，造成產品價格很高。山東中航泰達復合材料股份有限公司開發的低成本快速成型技術，用于橋梁部件等大型，結構形式不復雜的部件時，設備可以大大簡化，使成本大大降低，生產效率較其它工藝大大提高。實現了“風電的價格，飛機的質量”，實際工程造價較其它傳統工藝體現出較大的優勢。

山東中航泰達復合材料股份有限公司開發的低成本快速成型技術，擺脫了傳統工藝與傳統設備結合的局限性，對產品尺寸無限制，產品尺寸對原材料性能要求沒有變化，不需要調整工藝，可靠性高，一致性好。產品尺寸越大，批量越大，其優勢越發顯著。

二、應用途徑

由于復合材料的性能是可設計的，力學性能各向異性，設計方法與傳統材料不同，目前還沒有通用標準方法。這就給橋梁設計增加了工作量，提高了難度。因此在大型橋梁的主體結構上使用還需要很多經驗和數據的積累。應用要從小型橋梁和橋梁附件開始。由于從制造技術上可以保證復合材料具有高性能，因此，可以通過加大設計余量來簡化設計計算，這樣造出來的橋更結實。

復合材料橋梁應用于城市人行天橋，小型橋梁等市政設施，可以大大減少施工時間，減少橋墩數量和體積，減少面積占用。并且，復合材料造型的隨意性，可以營造出獨具特色的橋梁形式。

復合材料橋梁應用于山區、海濱等環境，可以大大減小工程量，減少施工對大型機械的依賴，縮短施工周期，降低成本。并且長期免維護，大大減小使用成本。

復合材料橋梁應用于軍用等特殊用途，運輸快捷，架設快速，存放期免維護。

復合材料橋梁的技術及成本

一、技術及成本

采用碳纖維（CFRP）制造復合材料橋梁可以獲得{zj0}的性能，但是碳纖維的成本比較高。玻璃鋼（GFRP）的成本較低，但是其模量低，需要更多的材料以保證橋梁的剛性，重量增加。因此采取碳纖維（CFRP）與玻璃鋼（GFRP）結合的方法，將碳纖維使用在{zd0}受力部位，可以取得復合材料橋梁制造成本與性能的平衡.

最早，復合材料橋梁采用手糊成型工藝，材料性能較低。后來，采用拉擠工藝制造，應用比較成功，但是拉擠工藝的局限性較大，難以實現個性化的制造，無法制造變截面有曲度的部件，且材料性能未得到發揮。隨著當前復合材料工藝的發展和成熟，可以使用的工藝越來越多，如真空袋工藝、液態樹脂灌注工藝、熱壓罐工藝等等。根據不同的設計，采用合理的工藝，可以在合理的成本下，獲得滿意的橋梁部件的性能。

山東中航泰達復合材料股份有限公司，針對復合材料橋梁的需求，開發了一套低成本快速成型技術。當前已有的成型技術，普遍存在如要最求低的工藝成本，材料性能下降顯著，造成終端產品的重量提高，最終成本的降低效果不大。如最求高性能，工藝成本就提高，終端產品的重量輕，但總成本提高。山東中航泰達結合實際橋梁項目的需求，經過分析，認為在保證材料高性能的前提下，通過有效降低工藝成本，才可以使綜合成本{zd1}，同時保證結構的重量最輕。這項技術應用于紅水河某特大橋上，取得良好的效果。原設計鋼結構總重約150噸，施工使用起重機械配合下，施工周期約1個月。改用復合材料結構后重量約15T，人工就可以搬運，施工周期1周。

當前手糊成型工藝因其環境污染問題，已經難以生存。現推行的復合材料成型技術均基于預浸料鋪貼。而預浸料鋪貼成型只有在適當壓力下，才能可靠得獲得高性能的材料。保證所獲得的復合材料中較高的纖維含量，是獲得良好力學性能的關鍵。并且，在較高的纖維含量下，同時材料致密的情況下，材料的抗老化的性能、抗蠕變性能更好，抗沖擊性能提高顯著。如玻璃鋼（GFRP）手糊工藝獲得的模量僅12～14GPa，拉擠工藝獲得的模量僅16～18GPa，而熱壓工藝可以獲得30～40 GPa。實際工程應用中，獲得相同剛性效果，熱壓工藝制件重量是拉擠工藝的約70%，是手糊工藝的約50%。在熱壓工藝制件上采用碳纖維增強，更加能夠有效發揮材料的性能，進一步減輕重量，最終產品的成本更加合理。

熱壓成型工藝，原來{zd0}的局限性是對設備依賴性大，尤其是大型結構件，配套的大型設備往往建設建設費用高昂，造成產品價格很高。山東中航泰達復合材料股份有限公司開發的低成本快速成型技術，用于橋梁部件等大型，結構形式不復雜的部件時，設備可以大大簡化，使成本大大降低，生產效率較其它工藝大大提高。實現了“風電的價格，飛機的質量”，實際工程造價較其它傳統工藝體現出較大的優勢。

山東中航泰達復合材料股份有限公司開發的低成本快速成型技術，擺脫了傳統工藝與傳統設備結合的局限性，對產品尺寸無限制，產品尺寸對原材料性能要求沒有變化，不需要調整工藝，可靠性高，一致性好。產品尺寸越大，批量越大，其優勢越發顯著。

二、應用途徑

由于復合材料的性能是可設計的，力學性能各向異性，設計方法與傳統材料不同，目前還沒有通用標準方法。這就給橋梁設計增加了工作量，提高了難度。因此在大型橋梁的主體結構上使用還需要很多經驗和數據的積累。應用要從小型橋梁和橋梁附件開始。由于從制造技術上可以保證復合材料具有高性能，因此，可以通過加大設計余量來簡化設計計算，這樣造出來的橋更結實。

復合材料橋梁應用于城市人行天橋，小型橋梁等市政設施，可以大大減少施工時間，減少橋墩數量和體積，減少面積占用。并且，復合材料造型的隨意性，可以營造出獨具特色的橋梁形式。

復合材料橋梁應用于山區、海濱等環境，可以大大減小工程量，減少施工對大型機械的依賴，縮短施工周期，降低成本。并且長期免維護，大大減小使用成本。

復合材料橋梁應用于軍用等特殊用途，運輸快捷，架設快速，存放期免維護。