碳纤维混凝土智能材料在桥梁中的应用初探
碳纤维材料在桥梁加固的应用[论文]
![碳纤维材料在桥梁加固的应用[论文]](https://img.taocdn.com/s3/m/87aa93f5910ef12d2af9e731.png)
浅谈碳纤维材料在桥梁加固的应用摘要：本文结合g325广南线那蒙大桥和x021蒲董线炳岭桥维修加固工程实例，对碳纤维材料在桥梁加固的应用谈一些看法。
关键词：碳纤维材料桥梁加固应用碳纤维质轻高强、耐腐蚀、抗老化，有着优异的力学性能。
用其加固补强混凝土结构施工简单便捷，在桥梁维修加固中得到广泛的应用。
一、碳纤维材料特性碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的，其力学特点是应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。
碳纤维材料具有优异的物理力学性能。
加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。
碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺，用极少的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起，形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。
碳纤维布的抗拉强度标准值应大于3000mpa，弹性模量大于2.1×l05mpa.综合材料的物理、力学特性分析，要想最大限度地发挥材料自身的优势，适宜将c（rp材料作为桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别适用于纯受拉构件，工程实践也证明了这一点。
目前，用于桥梁加固的碳纤维材料主要是承受拉应力，约束裂缝的开展。
二、在桥梁加固工程的应用1、工程概况g325广南线那蒙大桥旧桥为t形钢筋混凝土梁桥，大桥全长240.40m，桥面宽为12.50m，该桥上构为10*22.20m（钢筋混凝土t 梁）+10.00m（空心板梁），支座为板式橡胶支座。
下部结构采用双柱式墩，重力式桥台和双柱式桥墩。
伸缩缝为异型钢伸缩缝，栏杆为钢筋混凝土栏杆。
（1）病害特征：t型梁腹板底面横向裂缝、腹板侧面竖向裂缝、斜向裂缝；底部钢筋锈蚀，混凝土保护层开裂剥落。
（2）病害成因剖析：①t梁裂缝主要由外荷载引起的结构性（受力裂缝）。
②底部钢筋锈蚀，混凝土保护层开裂剥落主要是由于砼施工质量造成的，砼破坏处显示砼粗集料为卵石且质量欠佳导致砼与钢筋粘结不够密实。
碳纤维增强混凝土的力学性能及应用研究
碳纤维增强混凝土的力学性能及应用研究一、前言碳纤维增强混凝土是一种新型的复合材料，它将碳纤维与混凝土相结合，具有优异的力学性能和应用前景。
本文将对碳纤维增强混凝土的力学性能及应用进行研究和探讨。
二、碳纤维增强混凝土的基本概念1. 碳纤维碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，由碳元素组成，具有轻质、耐腐蚀、耐高温等特点，常用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
2. 混凝土混凝土是一种复合材料，由水泥、砂、石、水等原材料组成，具有良好的耐久性、耐磨性、抗压强度等特点，是建筑工程中常用的材料。
3. 碳纤维增强混凝土碳纤维增强混凝土是将碳纤维与混凝土相结合而成的一种复合材料。
碳纤维可以提高混凝土的抗拉强度、韧性和耐久性，使其具有更好的力学性能和应用性能。
三、碳纤维增强混凝土的力学性能研究1. 抗拉强度碳纤维增强混凝土的抗拉强度比普通混凝土高出很多，可以达到50MPa以上。
这是因为碳纤维具有很高的强度和刚度，能够承受大的拉力，而混凝土的强度主要来自其压缩强度，抗拉强度较低。
2. 韧性碳纤维增强混凝土的韧性比普通混凝土好很多，可以承受更大的变形而不发生破坏。
这是因为碳纤维具有良好的延展性和断裂韧性，能够吸收能量，减小混凝土的应力集中，延缓破坏的发生。
3. 耐久性碳纤维增强混凝土的耐久性比普通混凝土好很多，可以承受更长时间的使用而不发生破坏。
这是因为碳纤维具有良好的耐腐蚀性和耐高温性，能够抵御外界环境的侵蚀和热冲击。
四、碳纤维增强混凝土的应用研究1. 桥梁碳纤维增强混凝土可以用于桥梁的修复和加固，提高其承载能力和耐久性。
例如，日本的“Akashi Kaikyo Bridge”就采用了碳纤维增强混凝土进行加固，使其成为世界上最长的吊桥。
2. 隧道碳纤维增强混凝土可以用于隧道的内衬和加固，提高其抗震能力和耐久性。
例如，中国的“南水北调中线工程”就采用了碳纤维增强混凝土进行隧道的内衬和加固，使其更加安全可靠。
3. 建筑碳纤维增强混凝土可以用于建筑的承重结构和外墙装饰，提高其结构稳定性和美观性。
浅谈碳纤维复合材料在桥梁梁体加固中的应用
２４ 改 变 结 构 受 力体 系 加 固 法 ． 这 类 方 法 是 通 过 改 变 桥 梁 的 受 力
通 的要求 ． 这些 问题 不仅 影 响 到桥 梁 的 正常 使用 ． 重 的还会 给 国家 和人 民带 严
料 一 钢 材 与 混 凝 土 ． 是 作 为 传 统 建 材 而
的一 个 重 要 补 充
梁 或 板 ． 用 对 受 拉 区 施 以 体 外 预 应 力 采 加 固 ． 以 抵 消 部 分 自重 应 力 ． 到度 地 提 高 梁 的 从
是 ２ １世 纪 土 木 工 程 领 域 可 持 续 发 展 的 重 要 研 究 课 题 Ｃ Ｒ 用 于 桥 梁 加 固 由 ＦＰ
性 和抗 裂 性 能不 足 时 ． 常 采用 增 大 构 通
件 截 面 、 加 配 筋 、 高 配 筋 率 的 加 固 增 提
来 巨 大 的 损 失 ． 了适 应 现 代 交 通 的 需 为 要 ． 足桥 梁 设 计 规 范要 求 。 须 对 这 满 必
些 桥 梁 进 行 加 固 补 强
土结 构 的受 拉 区边缘 或 薄 弱部 位 ． 钢 使
板 与 桥 梁 结 构 成 为 整 体 ． 成 一 个 由 混 形
凝土 、 接剂 及 钢板 组 成 的相 复 合 系统 粘
以共 同受力 ． 到提 高 桥 梁承 载 力 的 目 达
的。
体 系 ． 到提 高 承载 力 的 目的 。例 如 在 达
简 支 桥 梁 下 增 设 支 架 或 桥 墩 ． 将 简 支 或
新 世 纪 土 木 工 程 的 发 展 在 很 大 程 度 上 依 赖 于 性 能 优 异 的 新 材 料 的 应 用 和 发 展 。对 于 传 统 的 钢 筋 增 强 材 料 。 应 寻 找 一 种 强 度 高 、 量 轻 、 腐 蚀 和 耐 重 耐
碳纤维材料在桥梁加固工程中的应用研究
ACF=As(Rg/fCF)
式中：
Mj——作用在受弯构件计算截面
上的最不利荷载效应(计算弯矩)；
Mu——受弯构件计算截面的承载
能力；
Ra——混凝土抗压设计强度； R g——纵向受拉钢筋抗拉设计
强度：
Ag——纵向受拉钢筋截面积：
，
R g——纵向受压钢筋抗拉设计
强度；
，
A g——纵向受压钢筋截面积； A g —— 为 抵 抗 不 足 弯 矩 所 需 的 钢
2011年第21期 (11月上) 《交通世界》 203
B桥梁隧道 RIDGE&TUNNEL
底层树脂并涂刷→配置找平材料并整平 →配置浸渍树脂并涂刷→粘贴碳纤维布 →罩面防护处理。
在碳纤维加固施工过程中，要特 别注意下列几个方面：
被加固构件的基面应平整且具有 一定强度，一般基面混凝土强度不低于 C15。
加固用的碳纤维布一般不宜采取 沿主纤维方向的搭接，搭接部位应避 开构件应力最大区段，搭接长度不应 小于100mm，且搭接端部应平整无翘 曲；多层搭接的各层接口位置不应在同 一截面，每层接口位置的净距宜大于 200mm。
应注意底涂胶、找平胶、粘贴主 胶、罩面胶等胶粘剂间的相容性。
粘贴施工应在气温高于5℃且为 晴天时进行。
该法施工简便，工期短，无需大 型设备，不受空间限制，可以不中断桥 面交通，且因碳纤维布随型性极强的特 点，可以适应不同构件的各种形状，成 型方便。
加固时碳纤维布通过环氧树脂 等粘结材料与原有构件有效粘结，不
需设置锚栓及凿开混凝土等，不会损 伤原构件。
由于碳纤维材料优异的物理力学 性能，在对混凝土结构加固补强过程中 可充分利用其高强度、高模量的特点来 提高构件的承载力，改善其受力性能， 达到高效加固的目的。
混凝土中添加碳纤维的研究及其应用
混凝土中添加碳纤维的研究及其应用一、引言混凝土是建筑领域中广泛使用的一种材料，具有强度高、耐久性好等特点。
为了进一步提高混凝土的性能，近年来研究者开始将碳纤维添加到混凝土中，以期获得更好的性能。
本文将介绍碳纤维对混凝土性能的影响、添加方法、应用等方面的研究及其应用。
二、碳纤维对混凝土性能的影响1.强度添加碳纤维可以显著提高混凝土的强度。
这是因为碳纤维具有高强度、高模量的特点，可以增强混凝土的韧性和抗拉强度。
研究表明，当混凝土中添加5%的碳纤维时，其抗压强度可以提高20%以上。
2.耐久性碳纤维的添加还可以提高混凝土的耐久性。
这是因为碳纤维可以防止混凝土表面龟裂和剥落，减少混凝土的渗透性和开裂。
同时，碳纤维还可以防止混凝土的腐蚀和氧化，延长混凝土的使用寿命。
3.韧性碳纤维的添加可以提高混凝土的韧性。
这是因为碳纤维具有高强度、高模量和高延展性的特点，可以增加混凝土的韧性和抗裂性。
研究表明，当混凝土中添加1%的碳纤维时，其韧性可以提高30%以上。
4.断裂性碳纤维的添加可以改善混凝土的断裂性。
这是因为碳纤维具有高强度、高模量和高延展性的特点，可以使混凝土在受力时产生塑性变形，从而减少混凝土的断裂。
三、碳纤维的添加方法1.机械搅拌法机械搅拌法是将混凝土和碳纤维通过搅拌机进行混合，使碳纤维均匀分散在混凝土中。
这种方法操作简单、易于控制，但需要使用特殊的搅拌机和较长的搅拌时间。
2.手工混合法手工混合法是将碳纤维均匀分散在混凝土中，然后通过手工搅拌使其混合均匀。
这种方法操作简单，但需要较高的技能和耐心，且混合效果难以保证。
3.喷雾混合法喷雾混合法是将碳纤维喷雾到混凝土表面，然后通过机械振动使其混合均匀。
这种方法操作简单、快捷，但需要使用特殊的喷雾设备和振动设备。
四、碳纤维在混凝土中的应用1.桥梁碳纤维可以用于桥梁的加固和修复。
在桥梁的加固和修复过程中，将碳纤维添加到混凝土中，可以提高桥梁的强度、耐久性和韧性。
2.隧道碳纤维可以用于隧道的加固和修复。
混凝土中添加碳纤维的效果及应用
混凝土中添加碳纤维的效果及应用一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其优点包括强度高、耐久性好、施工方便等。
但是，混凝土也存在一些缺点，比如容易出现裂缝和变形等问题。
为了解决这些问题，人们开始尝试在混凝土中添加一些新的材料，其中碳纤维就是一种比较常见的添加剂。
本文将详细探讨混凝土中添加碳纤维的效果及应用。
二、碳纤维的基本知识碳纤维是一种由纯碳制成的纤维材料，具有轻质、高强度、高模量、高耐热等特点。
在混凝土中添加碳纤维可以改善混凝土的力学性能、耐久性和抗裂性能。
三、混凝土中添加碳纤维的效果1. 提高强度混凝土中添加碳纤维可以显著提高其强度。
一方面，碳纤维的强度很高，可以增加混凝土的韧性和抗拉强度；另一方面，碳纤维的表面积很大，可以增加混凝土的粘结能力，提高其抗剪强度。
2. 改善耐久性混凝土中添加碳纤维可以改善其耐久性。
由于碳纤维具有耐腐蚀、耐热、耐疲劳等特性，可以增加混凝土的抗冻融性、耐久性和耐久性。
3. 提高抗裂性能混凝土中添加碳纤维可以显著提高其抗裂性能。
由于碳纤维的伸长性很高，可以吸收混凝土的收缩应力，从而减少混凝土的裂缝数量和裂缝宽度。
4. 提高施工效率混凝土中添加碳纤维可以提高施工效率。
由于碳纤维可以增加混凝土的流动性，使得混凝土更易于施工和浇筑。
四、混凝土中添加碳纤维的应用1. 桥梁建设在桥梁建设中，混凝土中添加碳纤维可以增加桥梁的承载能力和耐久性，同时还可以减少桥梁的裂缝数量和裂缝宽度。
这对于桥梁的安全性和使用寿命都有很大的帮助。
2. 隧道建设在隧道建设中，混凝土中添加碳纤维可以增加隧道的抗震性能和耐久性，同时还可以减少隧道的裂缝数量和裂缝宽度。
这对于隧道的安全性和使用寿命都有很大的帮助。
3. 大型建筑在大型建筑中，混凝土中添加碳纤维可以提高建筑物的承载能力和耐久性，同时还可以减少建筑物的裂缝数量和裂缝宽度。
这对于建筑物的安全性和使用寿命都有很大的帮助。
4. 其他领域除了上述应用领域外，混凝土中添加碳纤维还可以在地下管线、水利工程、电力设施等领域得到应用。
混凝土中碳纤维的应用研究
混凝土中碳纤维的应用研究一、引言混凝土是建筑材料中最重要的一种材料，广泛应用于道路、桥梁、房屋及其他各种建筑物中。
然而，传统的混凝土存在一些缺陷，如强度低、易开裂等。
为了克服这些缺陷，研究人员开始将碳纤维添加到混凝土中，以提高混凝土的强度和耐久性。
本文将对混凝土中碳纤维的应用研究进行详细阐述。
二、混凝土中碳纤维的基本概念碳纤维是一种高强度、高模量、低密度的材料。
由于其良好的力学性能和化学稳定性，它被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
在混凝土中添加碳纤维可以提高混凝土的强度和耐久性。
碳纤维的添加量一般为混凝土重量的1%~2%。
三、混凝土中碳纤维的作用机理1.增强混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度很低，是混凝土的一个重要缺陷。
添加碳纤维可以增强混凝土的抗拉强度。
碳纤维具有高强度和高模量，可以在混凝土中形成网状结构，使其抗拉强度得到提高。
2.控制混凝土的裂缝混凝土的裂缝是混凝土的另一个缺陷。
混凝土中添加碳纤维可以控制混凝土的裂缝。
碳纤维可以在混凝土中形成网状结构，增加混凝土的韧性，从而减少混凝土的裂缝。
3.提高混凝土的耐久性混凝土在使用过程中会受到各种外界因素的影响，如温度、湿度、氧化等。
添加碳纤维可以提高混凝土的耐久性。
碳纤维具有化学稳定性和耐腐蚀性，可以减少混凝土的氧化和腐蚀。
四、混凝土中碳纤维的应用研究1.碳纤维增强混凝土的研究碳纤维增强混凝土是一种新型的混凝土材料。
研究人员通过添加不同比例的碳纤维到混凝土中，研究了碳纤维对混凝土力学性能的影响。
实验结果表明，碳纤维的添加可以显著提高混凝土的抗拉强度和韧性。
2.碳纤维控制混凝土裂缝的研究混凝土的裂缝是混凝土的一个重要缺陷。
研究人员通过添加不同比例的碳纤维到混凝土中，研究了碳纤维对混凝土裂缝控制的影响。
实验结果表明，碳纤维的添加可以显著减少混凝土的裂缝数量和裂缝宽度。
3.碳纤维提高混凝土耐久性的研究混凝土的耐久性是混凝土的一个重要指标。
研究人员通过添加不同比例的碳纤维到混凝土中，研究了碳纤维对混凝土耐久性的影响。
混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能研究
混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能研究一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，但其在使用过程中存在一些问题，如易开裂、抗震性能差等。
为了解决这些问题，人们开始探索使用碳纤维增强材料来加强混凝土的性能。
本文就混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能进行研究。
二、碳纤维增强材料介绍碳纤维增强材料是由碳纤维和树脂等材料组成的复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等特点。
碳纤维增强材料的强度比钢高5-10倍，重量却只有钢的四分之一，因此在航空、航天、汽车、体育器材等领域得到了广泛应用。
三、混凝土中碳纤维增强材料的应用1、碳纤维布增强混凝土碳纤维布是将碳纤维编织而成的一种材料，可以用于增强混凝土的拉伸强度。
将碳纤维布覆盖在混凝土表面，再用树脂等材料进行固化，可以显著提高混凝土的抗拉强度。
2、碳纤维板增强混凝土碳纤维板是将碳纤维和树脂等材料组成的板状材料，可以用于增强混凝土的弯曲强度和剪切强度。
将碳纤维板粘贴在混凝土结构的受力部位，可以显著提高混凝土的承载能力。
3、碳纤维筋增强混凝土碳纤维筋是将碳纤维制成的钢筋状材料，可以用于增强混凝土的受力性能。
将碳纤维筋嵌入混凝土中，可以显著提高混凝土的抗拉强度和抗剪强度。
四、混凝土中碳纤维增强材料的性能研究1、强度碳纤维增强材料具有很高的强度，可以有效提高混凝土的强度。
研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的抗拉强度提高50%以上，抗压强度提高20%以上。
2、韧性混凝土在受力时易出现开裂现象，而碳纤维增强材料具有很好的韧性，可以有效抵抗混凝土的开裂。
研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的韧性提高2-3倍。
3、耐久性混凝土在长期使用过程中易受到环境的影响而导致破坏，而碳纤维增强材料具有很好的耐腐蚀性能，可以有效延长混凝土的使用寿命。
研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的耐久性提高2-3倍。
五、应用案例1、地震区混凝土结构加固地震是混凝土结构容易出现破坏的重要原因之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
碳纤维混凝土智能材料在桥梁中的应用初探摘要：将碳纤维作为智能材料应用于桥梁结构中，应用碳纤维混凝土的电—热效应、电—力效应，提高桥梁的承载能力和变形能力，开拓碳纤维混凝土应用领域，并为桥梁结构控制和桥梁智能化提出新的研究方法，而且为新型桥梁开发和旧桥加固拓展一条新路。
关键词：碳纤维混凝土；桥梁智能化；提高承载力Abstract: the intelligent material used in carbon fiber as the bridge structure, the application of carbon fiber concrete electric heating, electricity-force-effect, to improve the bearing capacity of the bridge and deformation capacity, open up the carbon fiber concrete application field, and for the bridge structure control and puts forward a new method of intelligent bridge, and for the new bridge development and strengthening old bridge is expanding a new road.Keywords: carbon fiber concrete; Intelligent bridge; Improve the bearing capacity中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：1.引言近年来国内外的桥梁研究者们都在努力探索新的具有自诊断和自修复的智能桥梁结构。
健康监测系统等一系列的桥梁结构智能控制系统已成为近年研究的焦点，并已经取得了一些成就，光纤光栅传感技术以及一些引入复合材料后具有机敏性的智能混凝土的应用与研究，为人类桥梁史的发展开辟了新的途径。
智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分,使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。
根据这些特性，可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。
正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应、自修复等多种功能的综合，缺一不可，以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还有一定困难。
但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现，为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
本研究以国家自然科学基金项目为资助，以318国道湖北荆州一座急待改建小桥为依托工程，初步探讨碳纤维混凝土智能材料在桥梁结构中的应用，取得了很好的应用效果。
2.实桥改造试验方案观音垱桥是318国道上的一座小桥，该桥为(1×6.80)米钢筋混凝土板桥，桥面总宽为14.10米，两边各有0.30米宽钢筋混凝土路缘石，净宽为13.50米。
设计荷载为：公路Ⅱ级；公路等级：二级公路。
由于该桥处于国道上，日交通量大，重载车日益增多，且使用已久，出现了桥面龟裂，主板出现大量裂缝，伸缩缝坏死，支撑梁损坏等病害。
故对桥作如下改造、加固措施。
2.1 三片钢桁架。
钢桁架用钢δ22，Q235；焊条，E43型；焊缝厚6mm。
各桁架布置标高一致；在桁架入台耳处的桥台内预埋300×300×10mm钢板，下焊4根φ8长100mm钢筋，桁架与预埋钢板焊接。
2.2 三个碳纤维混凝土短柱。
短柱：C30混凝土，内掺含体积率1%的短切碳纤维。
短柱上下有两电极，并将电线接上并外引至南侧桥边，电源为110V，短柱两侧粘好测温度的线，并外引至南侧桥边；短柱4侧打磨干净，再涂两遍酚醛树脂；在短柱顶面上现灌托梁。
2.3 一个托梁。
托梁：C30混凝土，8Φ16。
托梁构造如下：（1）N3为托架往下凸出部分内的钢筋，每处4Φ16，与N1 ，N2绑扎，并于往下凸出部分50cm，内布4φ8@150箍筋。
（2）托梁分两次浇灌，南侧托梁与梁板间预留2 cm间隙，北侧托梁与梁板间预留1cm间隙，第一次浇筑路左幅（南侧）705cm部分；待右边公路行车后再灌右幅（北侧）705cm 部分。
2.4 更换梁板及桥面铺装。
装应变片的空心板共5块，布置在3个上和桁架之间，其中桁架上的板装4块应变片，另2块装2块应变片。
在安装处先将钢筋打磨光滑，让应变片完全接触钢筋，涂上环氧树脂，贴上应变片，绑上粘胶，然后用纱布一层层裹实，每裹一层涂上一层环氧树脂；每块板的应变线做上记号，并外引至南侧桥边。
3.碳纤维混凝土桥梁智能化方案与试验3.1 研究了组合结构体系用桁架与梁组合，使梁跨中弯矩减少40﹪。
3.2 提出了三种智能材料在桥梁结构中的应用方案（1）梁中CFRP混凝土层桥梁结构图1-1短切碳纤维混凝土梁图1-1所示结构在梁的下缘作成CFRP混凝土簿层如2cm，通过电极通电，CFRP混凝土层发热升温，从而梁上下缘产生温差，超静定梁就产生负弯矩和上拱，这样，梁弯矩和挠度分别下降54﹪和96﹪，但是耗电较大。
（2）桁架梁智能结构如图1-2所示结构的桁架与梁不直接接触，在桥宽方向布置多片桁架，在各竖杆底端用联系杆将桁架横向联系起来，用托梁（可用钢筋混凝土构件）将各片梁（板）横向托起，CFRP混凝土短柱紧挨桁架竖杆，置于联系杆和托梁之间。
短柱通电升温就伸长，这就可智能化地向梁提供向上的力，从而减少梁的弯矩和桡度，效果分别达到73﹪和64﹪。
图1-2. 桁架梁智能结构图1-3. 斜撑梁智能结构（3）斜撑梁智能结构如图1-3所示结果，斜撑支在桥台（墩）上，CFRP混凝土短柱置于梁和斜撑之间并紧密接触；CFRP混凝土短柱通电后，短柱伸长给梁顶力，所以梁的弯矩和桡度减少，效果都可超过90﹪甚至达到100﹪。
智能材料在桥梁中控制效果：CFRP层砼桥，弯矩下降54%，挠度下降96%；桁架梁智能桥，弯矩下降73%，挠度下降64%；斜撑梁智能桥，弯矩下降90%以上，挠度下降90%以上。
由此可见优良排序：斜撑梁智能桥、桁架梁智能桥、CFRP混凝土层桥3.3 CFRP混凝土材料特性试验通过试验获得CFRP混凝土材料特性，主要为电—热效应、导电性能、时间温度关系、时间变形关系；我们做了7个200×200×300mm（1#~7#）和3个200×200×500mm（8#~10#）的短柱，碳纤维体积率为1%，试验电压为110v。
（1）1#~7#试件的平均电阻率为41.2Ω，8#~10#试件的平均电阻率为31.7Ω；而试件150×150×200mm（无纤维）的电阻率为3.5×106Ω。
可见此类碳纤维短柱具有较强的导电性能（其电阻比普通混凝土柱少了五个数量级）；（2）短柱通电时温度T（°C）随时间t（min）呈直线变化，T=0.62t+21；（3）变形Δ（mm）与时间t（min）的关系：Δ= 0.0018t这说明短柱伸长变形。
4.碳纤维混凝土桥梁智能化理论研究由碳纤维混凝土桥梁智能化方案与试验可见，对于图1-2和图1-3所示的智能结构，考察梁的承载力和挠度限值，则：1），则碳纤维混凝土短柱要求：（1-1）式（1-1）中，为简支梁挠度，和分别为短柱的线膨胀系数和上升温度。
（1-2）式（1-2）中，对图1-2，；对图1-3，；、、分别为梁的刚度、短柱刚度、桁架（或斜撑）刚度；为跨度。
2）承载力控制，则短柱要求（1-3）式（1-3）中，为简支梁跨中弯矩。
由式（1-1）、式（1-3）可见：a、当简支梁挠度很大时，很有必要采用短切碳纤维短柱，即在超重车作用下，此短柱作用有效；b、当简支梁跨中弯矩很大时，很有必要采用短柱，即在超重车作用下，此短柱作用有效。
以上研究的均属小跨桥梁，现研究中跨桥梁，如图1-4所示图1-4 桁架梁智能结构梁参数：、、；短柱：C30，，，；桁架：全为[22，，，角；荷载：自重均布荷载：；车道荷载：均布荷载和集中荷载；桁架处桥横向分布系数为。
则短柱和桁架对梁支撑的弹簧常数为：，（1-4）则跨中弯矩影响线为图1-5所示。
图1-5 跨中弯矩影响线图1-5中，，，，；不考虑短柱智能温度时，跨中弯矩为：（1-5）式中：；；；考虑短柱智能升温作用时，跨中弯矩增量：（1-6）以上研究建立在基础之上；当时，式（1-5）中取的值。
而挠度如式（1-7）所示。
（1-7）由上式（1-6）、（1-7）可见：a、短柱不升温（即）时，组合结构使原简支梁弯矩和挠度减小；b、短柱升温时（），智能结构使原简支梁弯矩和挠度大幅减小。
5.智能桥梁结构荷载试验对比研究室内桥梁试验见图1-6。
通过外观检查、荷载试验，测试结构各关键部位的应力、挠度，主要得到以下结论：1)、在碳纤维短柱升温的情况下，各测点的挠度和变形都明显减小，减小了75%--86%；2)、将实测结果与理论计算值进行比较，得到结构校验系数，跨中应力的最大校验系数为0.933小于1，满足规范要求。
主要测点挠度实测值均小于理论计算值,说明结构设计具有一定安全储备，满足设计荷载的能力；3)、在卸下短柱后荷载达到42KN时试件开始出现裂缝，距达到最大荷载还留有21%的空间。
图1-6 均布荷载加载图6.结论短切碳纤维混凝土通过318国道湖北荆州观音垱小桥维修改造应用，采用理论研究与实际桥梁加固研究和试验相结合的方法，初步探明碳纤维混凝土具有很好的智能材料作用，通过室内试验获得CFRP混凝土材料良好的电—热效应、导电性能，以及时间温度关系和时间变形关系。
实桥试验表明：在碳纤维短柱升温的情况下，各测点的挠度和变形都明显降低，减小了75%--86%；跨中应力满足规范要求。
主要测点挠度实测值均小于理论计算值,说明结构设计具有一定安全储备，满足设计荷载的能力，达到了预期的效果。
为新型桥梁开发和旧桥加固工程提供了借鉴，为碳纤维混凝土智能桥梁结构的开发取得了取得了初步研究与试验方法和成功的实践。
本研究表明碳纤维混凝土的高力学性能及优良的机敏性在智能土木结构中的发展前景，它良好的导电和导热性能使之成为智能混凝土的最佳复合材料之一。
参考文献：[1] W.B.Spillman, Jr.. The evolution of smart structures/materials. First Euro-pean Conference on Smart Structure and Materials,1992（4）：97-113[2] Rogers C. A.. Intelligent material system-the down of a new material age[J]. Journal of Intelligent Material Systems,1992,4(1):4-12[3] 黄尚廉.智能材料系统与结构[J].世界科技研究与发展，1996,9(3)：61-63[4] Pu-Woei Chen, D.D.L.Chung. Carbon fiber reinforced concrete for smart struc -tures capable of non-destructive flow detection. Smart Mater.Struct., 1993,(2):22-30.[5] Xie Ping. J.J.Beaudoin. Electrically Conductive Concrete and Its Application in Deicing[J]. Advances in Concrete Technology,1995：399-417.[6] 刘小艳,姚武,伍建平.内埋碳纤维砂浆调节混凝土梁承载能力的试验研究[J].复合材料,2005,(4):6-8[7] 侯作富,李卓球,胡胜良.导电混凝土导热系数分析的电热有限元法[J].实验力学, 2002,17(4):464-469[8] 唐祖全,李卓球,侯作富,徐东亮.导电混凝土路面材料的性能分析及导电组分选择[J].混凝土,2002,(4):28-31注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。