FRP复合材料在结构加固工程中的应用详细版
纤维增强复合材料建设工程应用技术
纤维增强复合材料建设工程应用技术在建设工程领域中，纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）正逐渐成为一种备受关注的新型材料。
该材料以其轻质、高强度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于桥梁、建筑、隧道等工程领域。
本文通过对纤维增强复合材料在建设工程中的应用技术深度和广度的全面评估，旨在为读者提供一份有价值的参考，并让读者更全面、深刻地理解这一主题。
1. 纤维增强复合材料的定义和特点纤维增强复合材料是由纤维和基体材料组成的一种新型结构材料，其特点是具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点。
在建设工程中，纤维增强复合材料可用于加固、修复、新建等多个领域，对于提高工程结构的可靠性和安全性起到了重要作用。
2. 纤维增强复合材料在桥梁工程中的应用技术在桥梁工程中，纤维增强复合材料可以用于加固老桥、修复桥梁裂缝和损伤部位、新建桥梁等多个方面。
通过使用纤维增强复合材料，可以降低桥梁自重、提高桥梁的承载能力和耐久性，从而延长桥梁的使用寿命，减少维护成本。
3. 纤维增强复合材料在建筑工程中的应用技术在建筑工程中，纤维增强复合材料可以用于加固和修复混凝土结构、新建建筑等多个方面。
利用纤维增强复合材料进行建筑结构加固和修复，可以提高结构的抗震性能和抗风性能，确保建筑结构的安全可靠。
4. 纤维增强复合材料在隧道工程中的应用技术在隧道工程中，纤维增强复合材料可以用于隧道衬砌加固、隧道开挖支护和衬砌等多个方面。
通过使用纤维增强复合材料，可以提高隧道结构的承载能力、减轻结构自重，同时具有良好的耐腐蚀性能，提高隧道结构的使用寿命。
总结回顾纤维增强复合材料作为一种新型材料，在建设工程中的应用技术越来越受到关注。
它不仅可以用于桥梁、建筑、隧道等工程的加固、修复和新建，还可以提高工程结构的安全可靠性，降低维护成本。
通过本文的全面评估，我们可以更深入地了解纤维增强复合材料在建设工程中的广泛应用，并对其技术特点有更为全面、深刻的理解。
FRP材料及其在工程材料中的应用
相对于其静力强度值分别降低了5%~8%、10%、 5%~6%。经过200万次的疲劳循环后，CFRP、 AFRP的剩余强度分别为其静力强度的50%~70%、 54%~73%。
耐久性能 耐久性能是FRP长期性能的一个重要方面。
耐碱性能 耐酸性能 动态疲劳 冻融循环 紫外线辐射 高温性能
钢筋
GFRP CFRP
11.7
6~10 -4~-2
11.7
21~30 23~32
AFRP -6~-2 60~80
FRP的力学性能
与钢筋力学性能对比
纤维种类
普通 CFRP 高强度
高模量 GFRP E-Glass
S-Glass AFRP 普通
钢筋
E（GPa） 抗拉强度（MPa）
220~235 2050~3790
的1/6~1/4。
FRP的密度（g / cm3） 钢 筋 GFRP CFRP AFRP
7.9 1.25~2.1 1.5~1.6 1.25~1.4
线膨胀系数
线膨胀系数反映材料在高温下的尺寸稳定性、 纤维种类、纤维含量和树脂种类是影响FRP线膨胀 系数的主要因素。
FRP的线膨胀系数
方向 纵向 横向
线膨胀系数（´10-6 /°C）
对结构材料的修复与加固
替换钢筋或钢管直接应用于新建结构中
FRP外贴补强技术
FRP外贴补强技术 （FRP布）
干铺法 湿铺法
FRP筋替代钢筋
性价比
通过测算，工程结构中，达到相同截面拉 伸强度，利用GFRP筋的价格是普通钢筋价格 的0.52。即利用GFRP筋替代普通钢筋，仅考 虑材料的拉伸强度或达到的截面拉伸强度，材 料价格将下降将近一半。
FRP复合材料在结构加固工程中的应用
FRP复合材料在结构加固工程中的应用Orga nize en terprise safety man ageme nt pla nning, guida nee, in spect ion and decisi on-mak ing, en sure the safety status, and unify the overall pla n objectives编制：___________________ 审核：___________________ 时间：___________________FRP复合材料在结构加固工程中的应用简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。
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通过介绍FRP复合材料，因其轻质高强、高弹模、耐腐蚀性能好及抗冲击性能好等一系列优点，在桥梁、地铁及一些工业厂房等混凝土结构的加固与修复领域中，应用潜力巨大。
土木工程学科的发展，在很大程度上依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。
在已有结构的加固改造领域，不仅要求材料经济美观、便于施工，且要求施工后的结构承载力能够明显提高。
而FPR复合材料以其优异的力学性能和广泛的适用性发挥着越来越重要的作用。
FRP（fiberreinforcedplastics ）复合材料主要有碳纤维（CFRP）、芳纶纤维（AFRP）及玻璃纤维（GFRP ）等，其材料形式主要有片材、棒材和型材。
FRP的共同优点是：轻质高强、高弹模、抗疲劳、耐腐蚀耐久性能好、热膨胀系数低等。
另外，FRP复合材料可以节省材料、自由裁剪、施工方便且速度快，虽然其前期投资较大，但维护成本低，经济效益明显。
因此，FRP（片材）复合材料在土木结构加固工程中应用潜力巨大。
1、FRP复合材料的基本特性随着增强纤维材料的发展，碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维已经成为当前结构工程中加固补强的重要材料。
纤维增强复合材料FRP桥梁结构加固改造可修改全文
量产化工艺
稳定化理论
高性能技术
熔融
浸润
不同矿区
800℃纤维不粘结
•
腐蚀后纤维无坑蚀
不同颗粒度
高强度
3000-3500MPa（稳定生产）
>4024 MPa （实验室*）
•
耐高温：>800℃
•
高耐碱：强度保留率>80%
* Wu and Chen, Fibers and Polymers, 2017, 18(9), 1796–1803
维护管理预算超支量巨
大
兆
元
2037年出现赤字！
新建费用
灾后修复费用
更新费用
维护管理费用
额定费用中维护管理/更新的超出
，需要有效的解决方案，
即缩小庞大的维护成本
年份
美国: 美国的积压桥梁修复需求为1230亿美元！
美国有614,387座桥梁，几乎40%超过50年或更旧
截止2016年9.1%存在结构缺陷
0-10 years
自由端滑移
需要
界面退化后
位移
日本阪神地震重建损伤修复调查
在1995年的阪神大地震中，阪神高速公路遭受到近场强震，导致神户线严重破坏
钢筋混凝土桥墩损伤程度
AS= 倒塌
A= 非常严重
B= 严重
C= 轻微
D= 无
震后重建修复调查过程中，检查了桥墩的倾斜程度（残余变形）
1. 残余变形大在严重损伤的桥墩中普遍存在，不少结构无法修复或很难修复,
以普通型2500MPa
原丝制备为例
纤维离散 树脂离散 纤维弯曲
树脂浸渍度
理论FRP强度1500 MPa
FRP材料及其在工程材料中的应用
FRP材料及其在工程材料中的应用FRP（Fiber Reinforced Plastics）是一种由纤维增强材料和树脂基质组成的复合材料。
纤维通常采用玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维，而树脂基质则通常采用聚合物树脂。
FRP材料具有高强度、高刚度、低重量、良好的耐腐蚀性能和优异的绝缘性能等特点，广泛应用于各个领域中。
在建筑领域，FRP材料可以用于加固和修复混凝土结构，如桥梁、建筑物和管道等。
由于FRP材料具有高强度和耐腐蚀性能，可以提供良好的支撑和保护，使结构更加耐久和可靠。
此外，FRP材料还可用于制造防火板材、墙板、屋顶板和地板等建筑材料，提高建筑物的安全性和耐用性。
在航空航天领域，FRP材料广泛应用于航空器结构和部件，例如飞机机翼、机身和尾翼等。
使用FRP材料可以有效减轻航空器的重量，提高其飞行性能和燃油效率。
此外，FRP材料具有良好的耐腐蚀性能和优异的热性能，能够承受航空环境中的极端条件。
在汽车工业中，FRP材料可用于制造车身和内饰等部件。
由于FRP材料具有高强度和刚度，可以减轻车身重量，提高行驶性能和燃油效率。
此外，FRP材料还具有良好的冲击吸收能力，可以提供更好的车辆安全性能。
例如，碳纤维复合材料常用于制造赛车和高端汽车的车身结构。
在船舶工业中，FRP材料可以用于制造船体和船舶结构。
相比传统的金属材料，FRP材料具有更好的耐腐蚀性能和抗震性能。
此外，FRP材料还具有良好的浮力和抗水腐蚀性能，可提高船舶的耐久性和安全性。
此外，FRP材料还被广泛应用于其他领域，如体育器材制造、风力发电装备制造、化工设备制造等。
无论在哪个领域，FRP材料都能够提供更好的性能和效益，成为工程材料中的重要选择。
总之，FRP材料凭借其高强度、低重量和优异的耐腐蚀性能，在建筑、航空航天、汽车和船舶等领域中得到了广泛的应用。
随着技术的不断发展和创新，相信FRP材料在工程材料领域的应用会越来越广泛。
纤维增强复合材料(FRP) 在工程结构加固中的应用
纤维增强复合材料（FRP）在工程结构加固中的应用肖萍（福建信息职业技术学院福州，350019）摘要：介绍FRP这种新型高性能复合材料的种类、性能特点及对钢筋混凝土构件的加固方式，并介绍了FRP复合材料在土木工程不同领域的应用发展，展望了FRP复合材料在今后土木工程领域的广阔发展前景。
关键词：FRP 复合材料；材料性能；钢筋混凝土构；修复加固随着社会科学技术的进步，土木工程结构学科的发展，在很大程度上得益于性质优异的新材料、新技术的应用和发展，而纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer 简称FRP）以其优异的力学性能及适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、轻质发展的需求，正被越来越广泛地应用于桥梁工程、各类民用建筑、海洋工程、地下工程中，受到结构工程界广泛关注。
1 FRP复合材料的种类FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定地比例混合，经过特别的模具挤压、拉拔而形成的高性能型材料。
目前工程结构中常用的FRP主材主要有碳纤维（CGRP）、玻璃纤维（GFRP）、及芳纶纤维（AFRP），这些材料性能如表1所示，其材料形式主要有片材（纤维布和板）、棒材（筋材和索材）及型材（格栅型、工字型、蜂窝型等）。
1.1 在FRP片材中，纤维布是目前应用最为广泛的形式，它由连续的长纤维编织而成，通常是单向纤维布，使用前布浸润树脂，在采用FRP布加固时布的形状可以根据被加固结构的外形随意调整，加上它本身没有刚度，运输方便，较适用于梁与柱的抗剪、抗弯加固，柱与节点的抗震加固。
但由于FRP布的厚度较薄，需多层粘贴才能满足要求，所以施工工艺较繁杂，操作较为困难。
而FRP板则可以承受纤维方向上的拉和压，所以FRP板较适用于梁板柱的抗弯加固和抗剪加固。
1.2 在FRP棒材中，FRP筋是采用单向成型工艺，将单向长纤维与树脂混合为棒材；而FRP索是将连续的长纤维单向编织，再用少量树脂浸润固化或不用树脂固化而制成的索状FRP制品。
FRP在建筑结构工程加固施工中的应用
FRP在建筑结构工程加固施工中的应用摘要FRP是一种新型的轻质、高强度、耐腐蚀、耐久性强的建筑材料，属于复合材料的一种。
由于其施工简单、对建筑物外观影响小等优点，在建筑加固领域得到了广泛的应用，经过多年的研究和工程应用，国内外科学家在FRP增强工程结构稳定性等领域进行了大量的试验研究和理论分析，取得了许多研究成果，但对FRP整体性加固结构的研究较少。
本文针对FRP在建筑结构施工中的应用现状，着重研究工程施工中的加固问题，全面了解FRP在加固结构的整体工作能力，为工程的应用和推广提供理论依据。
1.加固技术实际的工程建设施工中，FPR应用于施工加固具有很多的有点，其本身重量轻所以结构自重不增加，构件尺寸不增加使用后维护少，可大大降低维护成本，而且无需大型机械设备进行施工辅助，工作强度低，该结构适用于有限的空间范围中，因为其同时也具有切割方便、应用灵活的良好性能，它可以应用于特殊构件的表面，如圆形表面和曲面，而不改变原结构的形状和外观。
这与传统的加固方法需要的施工手段不大相同。
传统的加固方法需要对原结构进行钻孔，施工过程中会减小构件的横截面，从而产生新的张力来源，对于修复局部损伤和受到腐蚀的建筑结构不甚方便。
传统的施工方式，不允许在特殊环境下使用明火，如气罐、油罐等物品，还有地下施工的时候会很不方便，影响施工效率，而应用FRP 进行加固施工则不会有这些麻烦，这种复合材料的的许多优点都具有进一步研究的价值。
FRP结构加固技术自上个世纪以来，无论是在科研上还是在实际应用上都有了快速的发展。
将这种新的加固技术与高强混凝土结构相结合，对钢筋混凝土结构的强度和结构都会有大幅的提升效果。
但缺点是明显的，高强混凝土的韧性比普通强度混凝土差。
随着强度的增加，高混凝土的韧性越低，而高强混凝土的抗拉强度和尖锐度也随着压力的增加而增加，降低了混凝土的质量，对于整个运输、铸造和维护过程中的环境条件等因素要求很严格。
随着FRP与混凝土结合的使用，对生产和施工工艺的要求也越来越高，因此，在使用中必然存在养护和维修问题。
纤维增强复合材料在土建结构加固工程中的应用
纤维增强复合材料在土建结构加固工程中的应用摘要：20世纪60年代以来，纤维增强复合材料（FRP）开始逐渐被用于土建结构加固工程中。
经过几十年的发展，该材料加固技术已逐渐成为土建领域结构加固的常用技术之一。
纤维增强材料是一种高性能新型复合材料。
所谓复合材料，广义来讲，是将两种或两种以上组分复合而制得的材料，主要包括基体和增强体两部分。
其中，陶瓷、金属或聚合物等一般作为基体，而纤维、颗粒或晶须等则充当增强体。
FRP便是以纤维作为增强体的一种复合材料。
本文主要分析纤维增强复合材料在土建结构加固工程中的应用。
关键词：纤维增强复合材料；土建工程；结构加固；发展建议引言根据纤维增强体的不同，FRP主要分为碳纤维(CFRP)、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚芳酰胺纤维、BPO纤维以及硼纤维等增强复合材料。
对于将FRP作为土建结构的加固材料方面，国内外相关学者或工程师已经做了大量的实验及理论研究，也取得了非常重要的成果，大大推动了FRP的应用发展进程。
本文基于FRP材料在结构加固中的应用特点，分析总结了其在混凝土构件补强、钢结构损伤修复以及桥梁结构加固中的应用情况，并从特殊结构适用性、黏结胶性能、破坏面特性以及不同环境加固工艺等角度出发，提出了FRP材料未来在土建结构加固领域中的研究方向和发展建议。
1、纤维增强复合材料的增强机理纤维增强复合材料是采用纤维材料增强体，无机非金属材料基体通过一定的混合工艺组成的异质新型复合材料。
纤维增强无机非金属复合材料在保留增强体和基体原有的材料性质的基础上通过材料的复合效应获得更优良的原材料不具备的材料性能。
纤维增强体的强度高、模量高且与无机非金属基体之间因为相似相容从而具有良好的界面相容性，二者具有相匹配的膨胀系数、泊松比。
外界荷载通过界面将外力荷载有效地传递到作为增强体的纤维上，由于纤维与基体间有良好的界面结合强度，能够保证基体所承受的载荷能通过界面传递给纤维，由于作为增强体的纤维模量远高于无机非金属基体的模量，模量的不同使两种材料产生了不同形变（位移），在基体上产生了剪切应变，纤维受力断裂后被从基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，从而使纤维无机非金属基体复合材料的强度提高。
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FRP复合材料在结构加固工程中的
应用详细版
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通过介绍FRP复合材料，因其轻质高强、高弹模、耐腐蚀性能好及抗冲击性能好等一系列优点，在桥梁、地铁及一些工业厂房等混凝土结构的加固与修复领域中，应用潜力巨大。
土木工程学科的发展，在很大程度上依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。
在已有结构的加固改造领域，不仅要求材料经济美观、便于施工，且要求施工后的结构承载力能够明显提高。
而FPR复合材料以其优异的力学性能和广泛的适用性发挥着越来越重要的作用。
FRP（fiberreinforcedplastics）复合材料主要有碳纤维（CFRP）、芳纶纤维（AFRP）及玻璃纤维（GFRP）等，其材料形式主要有片材、棒材和型材。
FRP的共同优点是：轻质高强、高弹模、抗疲劳、耐腐蚀耐久性能好、热膨胀系数低等。
另外，FRP复合材料可以节省材料、自由裁剪、施工方便且速度快，虽然其前期投资较大，但维护成本低，经济效益明显。
因此，FRP（片材）复合材料在土木结构加固工程中应用潜力巨大。
1、FRP复合材料的基本特性
随着增强纤维材料的发展，碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维已经成为当前结构工程中加固补强的重要材料。
一些典型的FRP（片材）复合材料的基本力学性能见下表。
FRP复合材料的性能各异，在拉伸强度及拉伸模量方面，玻璃纤维和芳纶纤维一般比碳纤维低1/3左右；在断裂延伸率方面，芳纶纤维一般是碳纤维的2倍左右，玻璃纤维一般比碳纤维高70%左右；在韧性、抗冲击性能方面，芳纶纤维和玻璃纤维要比碳纤维好得多；在抗碱腐蚀方面，芳纶纤维和玻璃纤维则不如碳纤维好。
关于其它方面的性能差异，这里不再赘述。
2、FRP复合材料在结构加固工程中应用领域
2.1民用建筑、桥梁及工业厂房
FRP复合材料因其优异的力学性能，在民用建筑及工业厂房的加固中应用很多，主要有：①梁加固。
加固的作用包括抗弯和抗剪。
在进行抗弯加固时，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向一致，一般贴在
梁的受拉侧，已提高梁的承载能力。
据有关试验得出，只要该梁不是超筋梁，贴一层AK-60可以提高承载力30%左右，贴两层可以提高40%左右；在进行抗剪加固时，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向垂直；②板加固。
一般对于板的加固净空要求比较高，而且加固后不影响其外观，所以用厚度很薄且柔软的FRP复合材料进行加固是一种理想的选择；③柱加固。
芳纶纤维布、玻璃纤维布是比较理想的柱加固材料。
因为它们的弹模小，相对于碳纤维（弹模235Gpa），其延性较好；并且，在进行棱角打磨时一般只需要10mm左右，一般不需打磨，而碳纤维则需要30mm左右，若采用芳纶纤维就可以节约很多工时。
2.2地铁、隧道
因地铁和隧道是一种在地下工作的结构，所以它
的受力与地面结构是不一样的。
在洞顶和洞侧，它都有土压力的作用，而且也有净空的要求，所以进行裂缝修补时，传统的加固方法不可行，而用芳纶纤维布（不导电）进行加固维修就可以满足它的各方面要求，因为在地铁或隧道的拱顶或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，这就要求修复材料必须具有良好的抗剪性能，而且还是一种不导电的材料，所以芳纶布在隧道地铁工程中是一种最佳的选择。
2.3烟囱、水塔
由于烟囱水塔这样向高空发展的结构，加固维修特别困难，传统加固方法（如扩大截面法、粘钢法）基本上很难解决这样的问题，而采用轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的复合材料（尤其是芳纶纤维）进行加固，就是一种很好的方法。
3、几种加固方法的比较
3.1扩大截面法
这种加固方法是通过增大受力面积来提高结构的承载力，一般用在一些较小且对净空没要求不高的结构中。
这种方法虽然具有成本较低的优点，但是增加了原结构的自重，同时减小了净空，工期长，有很大的局限性。
目前，在较大的工程中很少用。
3.2粘钢法
在用钢板加固时，一般将钢板贴在被加固的结构受力部位的外边缘，同时封闭粘贴部位的裂缝和缺陷，约束混凝土的变形。
粘钢法加固的特点：①既可提高结构强度，又可提高刚度；②适应结构（钢结构）又粘又铆，适应节点加固；③延伸率大，适应冲击、振动结构加固；④钢板表面处理要求严格，粘结面易生锈；⑤厚钢板端点处应力集中，混凝土易剥离。
由上述可知，采用这种方法加固必须注意几点：①对钢板的尺寸要求很严格。
抗弯时宜薄点，以保证它和原结构的变形协调；抗剪时不仅宜厚点，而且在锚固时应使端部钢板延伸到应力较小区，防止应力集中造成对结构承载力的损害；②贴完后，必须对钢板边缘裂缝进行处理；③还要对钢板进行防腐处理，这也是一项长期的任务。
所以其造价很高，而且它的使用范围还有一定的局限性，一般只用在刚度要求很严格的地方。
3.3FRP复合材料法
FRP复合材料法加固的特点：①高强度、高弹模，厚度薄、重量轻；②材料可任意长度，任意交叉，适应任意曲面和任意形状结构；③耐腐蚀，抗疲劳性能好；④施工简便，与混凝土结合密实；⑤材料防潮要求严格，且不宜加固节点区域。
在目前的FRP材料加固市场中，碳纤维占的比例最多。
碳纤维是一种导电、易发生脆性破坏的材料，可以承受很大的静载，但在绝缘性要求很高的电气化铁路、地铁及隧道工程中，不宜采用；同为高强高弹模的芳纶纤维不存在这样的局限，能经常承受冲击载荷，芳纶纤维的极限破坏形式为塑性破坏，而且还是它的优势所在，其在抗剪方面也有很大的优势，在加固墩子时一般也是利用它优异的抗剪性能，但芳纶纤维在裁剪时须用专门的陶瓷剪刀。
4、FRP复合材料的选择
4.1环境影响
在高碱度和高潮湿度的地区，宜选择碳纤维复合材料，不宜选择玻璃纤维复合材料；在温度变化较大的地区，玻璃纤维的热膨胀系数与混凝土相似，宜选
择玻璃纤维；玻璃纤维和芳纶纤维是良好的绝缘体，而碳纤维是可导电体，为避免钢筋的潜在电流腐蚀，碳纤维材料不应与钢筋直接接触。
4.2荷载影响
对于经常承受冲击或振动荷载的结构，应优先选择芳纶纤维和玻璃纤维复合材料，它们的韧性、抗冲击性能都比碳纤维复合材料好；对于要求耐蠕变和疲劳的结构，应优先选择碳纤维复合材料，碳纤维材料耐蠕变和疲劳的能力比芳纶纤维和玻璃纤维材料好得多。
4.3保护层影响
保护层的厚度和类型应根据FRP复合材料的要求选择。
对环境的抗力（如潮湿、温度、冲击、曝晒等）、施工现场抗力、人为破坏的抗力等，应采取有效的保护措施，以免使FRP复合材料的力学性能减
专业生产运营/ Sample Professional Contract 文件编码：GD/FS-4333退。
保护层通常采用两种方法：①在FRP复合材料外加厚树脂胶层，提供有弹性的保护层；②在FRP 复合材料外粉抹一层高强水泥砂浆，保护FRP复合材料不受损害。
5、结语
在我国，自现在及今后相当长的一段时期，各类桥梁及房屋建筑结构的维修、加固、改造将成为建设工程的侧重点。
目前国内常用的加固方法主要有纤维布复合材料加固、粘钢板、扩大截面等方法，由上述分析可知，FRP复合材料加固法具有非常明显的优势，并且具有良好的经济效益，必将在结构工程中得到广泛的应用。
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