固体力学研究方向范文篇1

关键词：纤维增强复合材料；加固技术；结构

Abstract:fiberreinforcedpolymer(FRP)inthebasicengineeringfacilitiesusedwidely.Internationalanddomesticresearchhotspotandisthereinforcementofthetechnology.Mainlyincludesthefollowingaspectsofstrengthening:HRRP,masonrystructure,CFRPofconcretestructureswithCFRP,steelcompositetechnologyresearchsummary.

Keywords:fiberreinforcedmaterials;Strengtheningtechnology;structure

中图分类号：TB33文献标识码：A文章编号：

一、FRP加固技术简介及发展概况

为了增强部件承载力，把FRP用胶粘贴在外部，以对结构进行加固。它具有无可比拟的优势；方便、高效、耐腐蚀、占用空间少、高强、操作性强、抗疲劳等，是难得的优良材料。

日本在20世纪80年代率先发起对于FRP加固的研究。紧接着，在欧美部分国家和地区，高等院校、科研单位、相关厂家等进行了纤维用于加固的类似研究。尤其是FRP在钢筋混凝土方面进行加固已经成为日本、美国等发达国家的先进成熟技术。

我国对FRP加固技术的研究始于八十年代末期，尤其是华南李国光大学教授黄培彦在1997年主持的纤维与混凝土之间关系的加固方法研究。奠定了重要基础。2000年召开的首届FRP混凝土结构学术经验交流会，起到了良好的理论指导作用。随后我国各大学、科研机构等也进行大量研究，取得了重大成果，并得到应用。总的说来，我国在FRP加固技术的研究及其运用成为了工程界方兴未艾的重要课题，但在其制度规范的制定方面还比较落后。

二、混杂纤维材料加固技术

HFRP始于20世纪70年代，是一种新型复合材料。它广泛应用于汽车、船舶和飞机等制造工业。近些来，才有关于它用于混凝土加固方面的技术研究报道。它具有独特的优势：综合性能强，抗冲击强度高，价格低廉，自由度大，弹性强等。

CFRP与普通玻璃纤维这样的混杂纤维材料在加固混凝土梁柱的试验中取得了重大进步。凶光镜等人率先提出CFRP和GFRP混合对钢筋混凝土的梁柱进行加固方法。蒋小青等提出了无纬单向CFRP和L型有纬单向GFRP粘贴梁底梁侧的加固方案。近年来，又提出了对柱的加固，采用预制FRP原形套筒加固的新方法。

代表性纤维轴向力学性能参数与钢、铝的比较图表

高强玻璃和碳纤维混杂材料加固技术的实验研究也迈出了重大步伐。熊光晶和蒋小青等加强了对高强玻璃和CFRP层次之间混杂加固的混凝土梁的试验研究。并提出了将高强玻璃和CFRP纤维混杂，预制成套筒，并对混凝土方柱改圆截面进行加固的新方法。

FRP加固砌体结构研究应用

这是一项新技术，主要有利用率高、方便快捷、效果显著、耐久性、体积占用少等。对砌体结构加固进行研究应用是近些年来的重要趋势。国外此技术在建筑上的应用已取得了良好效果。而国内在这方面处于起步阶段。只有少数大学或单位在进行类似研究，而且理论和应用都不够成熟。

近十多年来，对FRP加固砌体结构进行抗剪性研究在不停地展开。比如1997年的Ehsani等系统性抗剪性试验。2002年Corradi等对地震中损伤的石砌体进行的抗剪性加固试验。后来的蔡志鸿和黄奕辉等人对芳纶纤维布砖砌墙体和砖砌体双剪试件加固进行了理论和试验研究。

同样在抗震性研究中，赵彤等人在低周重复荷载下对其进行了受力性能试验。王欣等人也在同样的条件下对破坏墙体进行了试验。Schwegler首次对混凝土砌块墙体进行了抗震性研究。彭少明和卢会芳等对低强度有无构造柱下带窗或带侧门洞墙片进行抗震性试验。

Ehsani等对砖砌体平面进行了外抗弯性能的研究试验。2001年Michael等用CFRP和GFRP分别对砌块墙体进行了平面外抗弯试验。他根据加固试验结果，提出了抗弯承载力公式计算。

预制CFRP加固技术

尽管对结构表面直接粘贴CFRP材料对结构最大载荷有明显的提高作用。但由于其应变的滞后，对开裂或屈服荷载并没有较大提高，甚至还限制了它的发挥。因此，预应力加固方法显得尤为实际与及时。

尚守平、叶列平等对预应力与非预应力加固梁进行了试验研究。结果其各方面的荷载幅度提高很大。并可以极大改善裂缝。Y.Piyong等对混凝土板进行加固，结构抗弯性大幅度提高，其混凝土工作性能也大大改善。同时也对梁进行了疲劳性研究，结果也取得了积极成效。

CFRP加固混凝土梁中的比较图

在对预应力FRP加固混凝土结构的研究下，又仔细地对预应力控制值、端部的锚固问题及其预应力损失进行了研究。比如1991年Triatafillou和Deskovic提出的最大预应力水平分析模型，可以帮组预测其最大水平，保证预应力在端部锚固处释放时不会破坏。结果试验与分析相符。Merier发现，如果没有端部锚固，其FRP布在一定抗拉强度时，早就发生了破坏。

产生预应力损失因素与设备变形、层间摩擦、压缩变形及徐变、松弛及蠕变、预应力释放引起的损失有关。

CFRP与钢板复合加固混凝土结构技术

用CFRP提高对钢筋混凝土柱的约束，其承载力是很限的。但可以扩大其延展性，约束其横向变形。但用这加固混凝土的方式，可以有效发挥两者的材料优势，弥补单一方法不足，形成一种性能更加强大的组合，从而达到提高承载力，有提升延展性，满足特殊工程需要。

用粘贴CFRP和外部包围角钢来提升承载力。就可以提高利用效率，柱的复合加固，先在表部粘贴，后在角部贴角钢，连接横向缀板。分别进行复合加固中短柱轴压加固试验，可以有效提高承载力。充分发挥约束作用。实现强度充分应用。

也在对斜截面受力性能和抗震性能进行大量试验，对复合加固试件的抗剪性和对复合加固混凝土柱的抗震性试验，可以有效地提高其承载力，提升其延展性。积极发挥预测作用，提升抵抗能力具有显著效用。

结束语

本文对FRP这一高性能材料材料的特点及其在砌体结构、混凝土结构、HRRP等方面的研究发展情况进行了比较系统的总结，应用情况初步研究。总所周知，发达国家在工程领域对该材料的研究、开发与应用已经到了新阶段。近年来，我国对该领域的研究和应用工作发展也比较迅速，结构加固占据着重要地位，但其它方面相对落后，因此，增加对这方面的认识，提高对这方面的研究及其应用，积极奠定这方面的人才基础与队伍建设，从而提升我国基础工程设施与建设的水平。

参考文献：

固体力学研究方向范文篇2

【摘要】椎弓根是椎体的最坚强部分，但由于上胸椎椎弓根狭细，在采用椎弓根螺钉内固定时有伤及邻近重要结构的风险[1]，故上胸椎应用椎弓根螺钉固定术受到了限制。2003年Husded等[2]提出了经肋单元（即椎弓根―肋头关节―椎体）途径置钉的新方法，并在临床上取得了成功，为上胸椎后路螺钉内固定术提供了新思路。

【关键词】胸椎椎弓根螺钉

1胸椎椎弓根的应用解剖

1.1胸椎椎弓根螺钉的进钉点

胸椎手术成功的关键在于找好准确的进钉点，熊传芝等[3]指出,椎弓根较大的变异性是不良置钉率居高不下最重要的原因之一。吴超等[4]认为椎板外缘及上缘对椎弓根的定位有重要的解剖学价值。史亚民等[5]测得螺钉进钉点T9与T12位于横突根部中点,T10位于横突根部上缘,T11位于横突根部中上1/3点。殷渠东等[6]发现下胸椎进钉点的水平线应在横突上部、而腰椎在横突中上部。

1.2胸椎椎弓根螺钉的进钉方向、椎弓根螺钉长度、直径和生物力学的关系

螺钉的置入方向对其固定强度存在一定影响。Louis[10]认为在上胸椎有15-20°的内斜角,中下段胸椎螺钉直向前。根据Ebraheim[11]的数据,T1-2为30-40°,T3-11为20-25°,T12为10°左右。研究表明,在5-30°的范围内,随着内聚角的增加,椎弓根螺钉的把持力也增大。等研究表明，与短螺钉相比，长螺钉在体内承受的弯曲力矩增加16%，同时平行植入与7°成角植入其弯曲刚度两者相差25%，螺钉植入的倾斜更符合力学原则。螺钉的长度与把持力有很大关系，有人主张螺钉长度尽可能达到椎体前缘皮质。

1.3孔道准备及孔道失败后的救措施

钉道准备：螺道过深过大，均能减小骨质对螺钉的“握力”。对于安装螺钉前孔道是否需要攻丝缺乏研究，Zindrick同时发现攻丝对拔出力量无影响。运用打入螺钉和拧入螺钉比较，发现无显著差别。对于固定失效后的孔道准备，Pfeifer在研究修复材料时采用碎骨片、火柴棒骨质、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分别填充失效的椎弓根孔道后再用螺钉固定，比较后发现拔出力依次可获得失效前的70%、56%和149%，所以对于失效的孔道再次固定可以采用PMMA。所以对于失效的孔道再次固定可以采用PMMA等有效的修复材料填充后再次固定。

1.4螺钉螺纹对生物力学的影响

内锥螺纹钉与外锥螺纹钉的设计有许多相似之处,均克服了松质骨螺钉中应力集中点,使断钉的发生率明显降低。本实验中在克服拔钉的过程中,外锥螺纹钉优于内锥螺纹钉。有报道70%为最佳的螺钉与椎弓根面积比,并且当面积比大于90%时拔出力增加不明显,却易发生爆裂骨折。

1.5螺钉的几何形态、螺钉的材料

kwok等对相似大小的圆锥体形螺钉和圆柱形螺钉进行对比研究，发现二者的拔出强度无明显差别，圆锥形螺钉能明显增加螺钉的置入扭矩，但圆柱形螺钉的置入扭矩与拔出强度无明显相关性。结果表明钛合金比不锈钢螺钉具有较高的扭矩和扭转刚度；螺钉拔出和松动是横向负荷和轴向拔出力综合作用的结果。

1.6胸椎椎弓根螺钉技术存在的不足

在胸椎可采用“椎弓根―肋骨”单元（Pedicle-ribunit,以下简称PRU）螺钉的固定方法，较置入椎弓根螺钉安全。Misenhimer等的研究结果也表明,椎弓根钉占据椎弓根横径的80%就会发生椎弓根膨胀、变形或骨折。因此,在横径

2胸椎肋横突结合区螺钉的进钉点及进钉方向

国外学者对肋横突结合区进钉方法进行了研究。他们设计的方法进钉点均在横突末端或者肋横关节上，螺钉末端外偏角度较大，这就使术者在术中操作器械很困难，术者不论是采取钢板连接还是采取固定棒连接，都不能保证螺钉和固定棒或固定钢板之间的良好接触，这样就会增加螺钉折断的机会。孙建民等以尾倾0-10°进钉，置入24枚PRU螺钉全部成功。椎弓根外置钉技术采用的螺钉直径大小取决于椎弓根的高度和PRU的宽度。

3肋横突结合区进钉的不足

肋椎关节为球窝关节,有一定的活动性,临床上有肋椎关节退变造成胸背痛的报道,经肋椎关节固定是否也会造成上述症状,仍需观察。相信在不远的将来，随着对胸椎椎弓根-肋单元横突结合区置钉技术的安全性评价及生物力学研究的进一步深入，在工程师、解剖学家和临床医师的共同努力下，胸椎椎弓根-肋单元横突结合区置钉技术会成为越来越成熟且有效的手术方法，会有越来越多的患者从中受益。

参考文献

[1]DvorakM,MacdonaldS,GurrK,etal.Ananatomic,radiographic,andbiomechanicalasse-ssmentofextrapedicularscrewfixationinthethoracicspine[J].Spine,1993,18:1689-1694