纤维复合材料在交通工程中的设计与运用

纤维复合材料在交通工程中的设计与运用

唐天伟

武汉科锐智慧交通科技有限公司  湖北省武汉市  430014

【摘要】当前在很多领域都开始利用纤维复合材料，可以为其在交通工程中的设计和应用提供参考。本文主要分析了纤维复合材料在交通工程中的设计和应用，保障交通建设人员可以更加便利的利用纤维复合材料，保障保证交通工程的顺利发展。

关键词：纤维复合材料；交通工程；设计与运用措施

在交通工程建设过程中，原来主要是利用钢筋混凝土和钢材等，而当前我国提倡节能减排的发展理念，因此限制了传统工程材料的应用，推动了复合材料的发展应用。纤维复合材料有利于节省能源，而且在实际应用过程中不会产生污染问题，因此在交通工程施工过程中需要推广利用纤维复合材料。

一、概述纤维复合材料

通过特定比例，同时利用各种工艺复合形成的材料被称为纤维复合材料。纤维复合材料的主要优点如下：（一）纤维复合材料具有较高的刚度和强度。（二）纤维复合材料力学性能优良，例如可以在很大范围内设计树脂基复合材料，通过合理选择原材料和铺层形式，可以满足整体使用需求。（三）抗疲劳性较好。（四）纤维复合材料具有良好的减振性能，因为纤维复合材料具有较大的阻尼，因此可以优化整体减振性能【1】。（五）安全性比较好。如果纤维复合材料构件出现超载情况，或者断裂了少量的纤维，纤维复合材料结构可以向没有造成破坏的纤维中重新分配荷载，因此在短期内仍旧可以保证整体结构的承载力。（六）纤维复合材料具有良好的隔热性和隔声性。（七）绝缘性比较好，有利于降低电磁波和无线电波的干扰。（八）纤维复合材料通常不会发生化学腐蚀问题，可以有效抵抗微生物作用和大气、水的酸碱影响。（九）纤维复合材料的透水性较低，有利于在潮湿环境中利用。

在复合材料工业发展过程中，纤维复合材料成形工艺发挥着重要的作用，逐渐拓展纤维复合材料应用领域之后，也进一步发展 复合材料的制造工艺，并且在工业生产过程中广泛利用。例如可以利用拉挤成形工艺，可以生产工字型等复杂形状的型材。在拉挤型材中，主要是沿着轴向分布纤维，发挥出显著的受力性能，可以作为受力构件。

二、纤维复合材料在交通工程中的设计和应用

（一）桥梁结构

1. 复合材料桥面板：对比传统的面板结构，通过利用纤维复合材料，有利于保障桥面承载力，有利于降低整体自重，安装过程也比较方便。对比传统的混凝土施工模式，在桥梁面板结构中利用轻质玻璃纤维增强复合材料，可以减少交通中断时间，可以连续性的铺装面板，保证整体结构性能符合工程要求。
2. 全复合材料桥梁：当前在桥梁主承力结构中广泛利用复合材料，可以优化电气绝缘效果，同时可以提高整体结构强度，减少后续维护成本【2】。因为全复合材料桥梁工程，需要投入较多的加工资金，而且回收处理技术还不够完善，因此在桥梁工程施工中还没有普及利用全复合材料桥梁。
3. 加固桥梁结构：因为纤维复合材料加固工艺比较简单，可以发挥出显著的补强效果。因此在桥梁结构中广泛推广。例如利用碳纤维加固方法，可以进一步优化桥梁结构的抗弯性和耐久性。经过不断研究，逐渐推动了纤维复合材料在桥梁加固施工中的应用。
4. 纤维复合材料筋和索：可以利用纤维复合材料制作为索材和筋材，在工程施工中利用可以取代钢筋材料，应用于混凝土结构施工中。通常是利用拉缠工艺制作纤维复合材料筋或者索，整体重量较轻，同时具有抗疲劳性和耐久性，在沿海环境中适合利用这种材料。

（二）道路工程

1. 管涵：当前在道路工程中不断推广利用玻璃钢管，对比传统的钢筋混凝土管，玻璃钢管主要是用于输送高压力和高重力的水。
2. 土工织物、格栅：利用玻璃纤维土工格栅，具有较大的强度，并且不会产生极大的蠕变，同时还具备耐磨性和抗寒性等优势，有利于紧密结合沥青路面，降低了沥青路面开裂和车辙印迹等问题的发生率，优化整体路面使用性能，延长整体道路工程的使用时间【3】。

（三）港口航道工程

1. 码头防护桩：可以利用复合材料码头防护桩，指的是将混凝土填充到内部，完成预制工作之后再向施工现场统一运输进行安装，有利于高效性的完成施工任务。码头防护桩具有较大的弹性和弯曲强度，可以对撞击能量起到消耗作用，避免损坏船舶。
2. 板桩：利用复合材料折线形板桩结构，可以发挥出较高强度和刚度等优势，同时可以提高施工便利性，节省后续维护资金。而且在折线形界面复合材料板桩中不包含有毒物质，因此在实际工程中利用不会影响到生态环境。、
3. 防船撞设施：利用自浮式复合材料防撞结构。可以对撞击能量进行吸收，还可以发挥出耐腐蚀作用，生产成本比较低，可以适应水位的变化。利用传统钢套箱防撞设施，在实际安装过程中需要利用船吊设施，同时还需要进行焊接和螺栓连接等施工内容，利用复合材料防撞设施，有利于节省上述工作的费用和时间。在施工中利用节段预制拼装工艺可以节省施工时间，同时可以减少后续维护工作内容，发生船舶撞击之后，可以开展局部维修工作，有利于提高整体修复工作的便利性。

（四）轨道交通工程

1. 复合材料轨枕：在我国铁路轨道中已经开始广泛利用复合材料轨枕，在今后发展过程中需要实现复合材料热枕的批量化生产。
2. 电缆支架、疏散平台：地铁车站隧道中利用的金属材料很容易发生腐蚀问题，而利用复合材料电缆支架和疏散平台等，有利于控制锈蚀问题和腐蚀问题，因此减少了后续维护工作内容。

（五）交通附属工程

1. 复合材料盲道板：利用复合材料盲道板可以提醒乘客，而且可以引导盲人乘客，例如利用SMC片材，可以发挥出显著的着色作用，可以合理选择色彩，协调整体车站色彩。
2. 复合材料声屏障：在交通设施中利用声屏障，可以发挥出隔声降噪作用，避免因为交通噪声影响到城区生活，可以有效降低工程等噪声源的影响。
3. 标牌、防眩板：利用复合材料制作防眩板和标牌等，可以降低整体重量，同时可以避免发生腐蚀问题，优化整体密封效果，有利于在各种环境中利用。复合材料防眩板和标牌的外观良好，因为重量比较低，可以降低运输工作的难度。因为无需回收利用复合材料，有利于发生偷盗问题。

三、纤维复合材料的发展方向

（一）提升纤维复合材料的性能

在交通工程中利用复合材料具有不足之处，例如缺乏耐温性和耐老化等性能，同时具有较高的工程造价，为了推广利用纤维复合材料，还需要进一步改进材料。

（二）制定设计规范和标准

我国针对复合材料缺乏相关标准，同时没有完善设计标准，在交通工程中利用复合材料的过程中缺乏参考，因此影响到复合材料推广利用。因此在今后发展过程中，需要完善交通行业设计标准，提高实际应用的规范性。

结束语：

因为纤维复合材料具有较多的优势，可以在交通工程中推广利用，保障交通工程的质量和安全性，优化交通工程的使用性能。但是这种材料也存在不足之处，因此在后续发展过程中需要加大研究力度，这样才可以推广利用纤维复合材料。

参考文献：

[1]徐超,吴绍利,杜卫超等.铺层方式对碳纤维复合材料力学性能的影响[J].高速铁路新材料,2023,2(06):23-27.

[2]钱若霖,黄春晖.碳纤维复合材料在土木加固工程中的应用研究[J].合成材料老化与应用,2023,52(06):117-119.

[3]刘长喜,姜旭,王晓宏等.热固性碳纤维复合材料回收技术及再利用研究进展[J].黑龙江工程学院学报,2023,37(06):7-11.