新型纤维增强结构复合材料的体系创新与关键基础理论

As distinct from traditional structural research of FRP reinforcement, this program gives full play to the characteristics of light-weight and high-strength of fiber composites by innovateing in structural system, than meets the strength, stiffness and function requirements of engineering structure to manufacture late-model structure such as large beams, plates, columns and three-dimensional entity of composites. With the novelty structure and the characteristics of corrosion resistance, eco-friendly, good designability, etc, this new structure can partly take place of traditional steel or reinforced concrete with high energy consumption and resources type , which will be widely used in engineering fields like building, bridge, shipping and ocean. Aiming at the specific problem of using in major civil infrastructure, from three levels about material combination, interface structure and structural system, this program delves into innovative combinatorial theory of composites, develops key technology of industrial molding process about the large structure components of composites, researchs transfering force, connection and the pattern of interface damage of structural composites, reveals its deteriorate mechanism and disaster behavior under impacting, fatigue loads and typical environment, establishs high efficient structure design theory and optimal design method of fiber composites, then achieves integration of key technology and engineering application of large composite structure components. The implement of this program builds theoretical basis for application and dissemination of structural system with new fiber composites.

本项目区别于FRP加固传统结构研究，通过结构体系创新，充分发挥纤维复合材料轻质高强的特点，满足工程结构强度、刚度及使用功能需求，制造大型复合材料梁、板、柱及三维实体等新型结构；该结构体系新颖，具有耐腐蚀、生态环保、可设计性强等特点，可部分代替钢、混凝土等传统的高能耗资源型结构，在建筑、桥梁、船舶、海洋等领域具有广阔的应用前景。.项目针对制约其在重大土木基础设施中应用的关键科学问题，从材料组合、界面构造和结构体系三个层次深入研究复合材料创新组合理论，发展大型复合材料结构件工业化成型关键技术，研究结构复合材料的传力、连接、界面的损伤演化规律，揭示其在冲击、疲劳荷载及典型服役环境下的劣化机理与灾变行为，建立纤维复合材料的高效结构设计理论与优化设计方法，实现大型复合材料结构件的关键技术集成与工程应用。本项目的实施，为该新型纤维复合材料结构体系的推广应用奠定理论基础。

本项目自2013年1月启动以来，已按计划正常开展了各项试验研究和理论分析工作，并取得以下成果：.（1）发明了格构增强夹芯复合材料、拉挤成型夹芯复合材料等新型结构形式，实现了复合材料梁、板、柱构件的截面优化配置；通过静动力试验及数值模拟，揭示了芯材、腹板及面层相互约束空间格构增强机理和冲击吸能机理，建立了构件受弯、剪、压承载力以及界面剥离与冲击吸能计算公式，研究了节点连接构造与传力机理，理论分析了带有粘弹性层的复合材料层合板长期蠕变性能。.（2）攻克了超大复合材料构件真空导入制造工艺和复合材料夹芯构件连续化拉挤成型工艺的关键技术。探明了气-液-固三态相互作用机理，解决了树脂浸渍及流动过程的精准控制、真空路径及长距离注胶等技术难题，建成了工业化生产线；系统研究了复合材料在紫外线照射、氯离子腐蚀、干湿交替和高低温及多场耦合作用下的性能，并提出了功能化纳米粒子改性树脂的耐候性提升关键技术。.（3）建立了基于图解法和目标函数控制的复合材料结构优化设计方法；完成了复合材料结构在复杂服役环境下的精细化数值仿真模拟；研制了格构增强复合材料道面及桥面板、大型桥梁复合材料防撞系统、复合材料板桩管桩等系列化产品，并实现了重要工程应用。.本项目取得的成果包括：发表期刊学术论文98篇，其中SCI论文30篇；获授权国际专利1项；授权国家发明专利16项；获江苏省高新技术产品2项、工法5项；在编标准2部，专著1部；发明的系列产品已成功应用于空军野战阵地、中石油抢修通道、上海洋山港桥面板以及鹦鹉洲长江大桥等22项工程。项目成果实现了专利转让，有力地促进了复合材料和新材料结构学科的发展，满足了工程建设高性能、多功能需求，经济、社会效益十分显著。获2014年度江苏省科学技术一等奖、2016年度教育部科技进步二等奖等奖励6项；建立了基础设施领域复合材料结构中美协同创新中心。