高性能纤维复合材料(fiberreinforcedpolymer,简称FRP)是继钢材、混凝土后又一新型土木工程结构材料,具有轻质、高强、耐腐蚀、可设计等优点,可显著提高土木工程结构的性能、延长其使用寿命,对我国城镇化发展、防灾减灾、海洋开发等具有重大意义。
项目实施前,土木工程FRP的关键技术与装备被美、日等发达国家垄断,产品完全依赖进口,价格昂贵,我国没有国产产品、没有专用装备、没有技术标准。项目组历经十多年的产学研联合攻关,围绕FRP制品、生产装备、工程性能表征评价、应用技术等四大需求,攻克了十项关键核心技术,形成了国际上最完整的土木工程用FRP技术体系,实现了产业化。
主要创新性成果如下:
1.针对土木工程FRP制品产业化的重大需求,攻克了高性能低成本FRP制造中筋/索加肋成绞、稀纬定纹织造和超薄超大拉挤等关键核心技术,自主开发了FRP筋/索、织物、板、型材和配套树脂5大类FRP制品,性能指标达到或超过欧美日同类产品水平。其中,CFRP索的拉伸强度达到2900MPa(国际上为2600MPa);FRP筋的生产速度提高了4倍,生产成本降低30%。
2.针对土木工程FRP制品生产装备的重大需求,国际首创了连续拉挤-缠绕-绞合一体化装备,攻克了多维多向机构耦合和纤维张力精细控制的技术难题,研制了3大系列数字化成套装备。其中,设备效率提高3~5倍,纤维张力控制在0.08N(0.22~0.30N)范围内,国际上一般为0.9N(0.1~1.0N)。
3.针对土木工程FRP性能表征评价的重大需求,国际上首创了正拉粘结强度评价界面性能等检测方法,建立了基于强度和应变双准则的材料设计和工程应用理论,首次提出了土木工程FRP设计取值方法,构建了设计、测试和评价体系,部分成果被美国规范引用,得到行业组织和国际同行的高度评价。
4.针对土木工程FRP应用技术的重大需求,在FRP结构安全裕度控制理论上取得重大突破,开发了4类既有结构的加固技术和5种FRP新型结构体系,创新性地完成了国内首座CFRP索斜拉桥、首座CFRP悬挂建筑、首座FRP桁架桥、首座万米级FRP工业平台等多项应用示范工程。
共获得授权发明专利8件、实用新型专利27件,主编国家标准4部、行业标准6部,出版专著6部,发表论文316篇,其中SCI/EI收录57篇,他引4971次,获得省部级特等奖1项、一等奖2项。研发出5大类FRP产品,替代进口并大量出口;研发出3大系列6个品种专用装备,约25%出口欧美日等国;成果在国内外3000多项重要建筑、桥梁、隧道、港口码头、市政工程及抢险救灾中应用,取得可统计的直接经济效益18.4亿元,间接经济效益约40亿元,未统计到的经济效益更加巨大。成果带动并形成了FRP应用的新市场和新产业链,使我国成为国际土木工程应用FRP发展最快、数量最多、范围最广的国家,实现了土木工程FRP产业的跨越式发展。
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