美大学开发抗自然灾害复合材料建筑系统

日前,美国西弗吉尼亚大学土木工程系教授Hota GangaRao及博士生Praveen Majjigapu开发了一种复合材料加固系统,它能够提高结构件的强度和疲劳极限,从而有效降低地震、飓风、龙卷风和其他大型自然灾害所造成的损失。 该系统同样适用于修复古迹和其他老旧建筑。

该系统由楔形填充块、加强销和复合材料三部分组成,能够使建筑、桥梁承受更大的载荷,并显著提高其减振性能和防火防潮性能。

GangaRao教授介绍说:“即使过载状态下出现了节理裂纹,在该系统的帮助下建筑物也不会立刻倒塌。因此,该系统能够通过降低结构失效率,为社区提供安全保障,减少生命与财产损失。”

此外,采用该系统对建筑物进行改造比传统方法更具成本效益,所需的时间更少,改造效果也更好。

GangaRao教授还说:“老旧建筑维修成本高,劳动力强度大,因此,价格合理的维修方案能够为更多的建筑提高安全性。”

该研究团队在一个较空的实验室里进行了相关载荷试验。实验引入了两个混凝土部件——一根立柱和一根横梁,二者相互连接组成一个“T”型连接件,随后将楔形部件捆绑到两个90°直角的部位。

该系统能够配合混凝土、木材、复合材料等多种材料的结构部件使用。同样,根据具体应用情况的不同,楔形部件也可以采用不同的先进材料来制造。

除了材料,外形也是楔形部件最重要的特点之一,这意味着该部件能否对“T”型连接件的高应力区起到有效的缓解作用,而其外形设计则主要取决于载荷、材料及连接件的状态。

将楔形部件固定到连接件上以后,团队研究人员再将钢筋穿过楔块植入混凝土中,既固定了楔块又起到了一定的增强作用。

随后,技术人员将碳纤维或玻璃纤维织物复合材料裁剪成一系列不规则形状包裹在混凝土梁柱之上,树脂将在其上固化。

复合材料耐腐蚀性、耐久性更好,安装也比传统方法更便宜。因此,复合材料既适用于建筑结构材料,又可以作为建筑补强材料。

复合材料一旦固化,几种不同的材料就绑定在一起作为一个整体服役,因而更加坚固耐用。

测试结果显示,在没有辅助部件的情况下,“T”型梁柱将在7吨载荷条件下发生断裂;而在楔形系统辅助下,该团队进行的7次实验中有5次断裂载荷接近50吨。

下一步,GangaRao教授计划将在塔楼、格架结构和水上结构等真实工况条件下上进行现场测试。他的目标是在低成本前提下,为建筑、桥梁等提供最大的强度和耐用性,同时实现快速、简便安装。

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