幾十年來，密歇根州交通部(MDOT)聯合當地大學一直致力于采用新材料技術將高速公路橋梁的服役壽命延長一倍，該項目被公認為美國16個最具價值的交通研究項目之一。

位于密歇根州Southfield市的勞倫斯理工大學(LTU)采用碳纖維增強復合材料索替代鋼筋作為混凝土橋梁的增強體，開展了相關研究。該項目被美國國家公路與交通官員協會評為2020年最具價值的16大項目(Sweet 16)瀝青網sinoasphalt.com。

該項目1988年啟動，由MDOT和LTU工程學院院長Nabil Grace主持開展，并于2001年在Southfield的橋梁街建成了美國第一座碳纖維強化橋梁。之后，密歇根州興建了包括I-75，Gratiot Avenue和八英里大道在內的十多座碳纖維強化橋梁。

作為公路橋梁加固和對混凝土施加預應力的常規材料，鋼材在暴露于極端溫度、潮濕和除冰化學品環境時容易腐蝕和變質。碳纖維索的抗拉強度與鋼材相當，盡管其前期成本可能更高，但其耐腐蝕性更強，服役過程中所需的維護也更少。

“在橋梁領域，CFRP表現良好，但對其長期耐久性特性的理解還不深入,”MDOT橋梁結構局橋梁總工程師兼主管Matthew Chynoweth表示。

這項研究在LTU的創新材料研發中心進行，在過去的四年中，碳纖維部件在這里接受了同時施加火焰和載荷的300次冷熱循環、惡劣天氣及其他各種性能測試。

即使在模擬密歇根州惡劣天氣的測試條件下，CFRP也表現出色，潮濕、雨水、凍雨和極端溫度變化都未能對其強度和其他力學性能造成影響。測試結果表明，目前業內接受的性能指標已經過于保守，可以更新了。

該項目的目標是開發出服役壽命超過100年的橋梁。

該項目還給出了使用指南、建議和設計實例，供工程師和設計師使用。

該項目促使日本CFRP供應商Tokyo Rope在Canton鎮建立了工廠。由于事先在碳纖維橋梁中植入了傳感器，因此傳感器可以實時地對橋梁的位移和應力狀況進行監測。

碳纖維增強復合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)由經過碳化的丙烯纖維與環氧樹脂熱固而成,是一種典型的復合材料，具有輕密度、高比強度的特點。

一、CFRP存在的問題：

1. 碳纖維是由纖維和基體組成的二相或多相結構，是非均質和各向異性的，且硬度很高，鉆頭磨損嚴重，刀具耐用度很低2. 孔加工質量極差?？纂m然被鉆出，但完全沒有金屬材料孔那樣完整規則的形狀，并伴有撕裂、劈裂、起毛、分層等缺陷產生。3. 切屑多為粉塵，容易污染環境，危害人的健康;另外切

二、由CFRP所帶來的影響主要表現在：

①孔出口撕裂和起毛，撕裂發生在孔的出口側的最表面一層，并沿孔出口側最外層纖維方向擴展。

②孔壁周圍材料發生分層，分層指由層間應力或制造缺陷等引起的復合材料鋪層之間的脫膠破壞現象，這里的分層指的是鉆孔過程中主要由軸向力作用引起的孔壁周圍材料發生的層間分離現象。

③孔壁表面粗糙及微裂紋，碳纖維復合材料加工表面粗糙度與纖維方向及切削方向有關。切削表面可能存在過切、回彈、基體剝落等現象。

三、消弱CFRP影響所用的方法：

1.控制切削用量 分層因子Fd與平均軸向力Fz之間，存在線性或分段線性的定量關系。而軸向力Fz是隨進給量f的增加而增加的，因此，鉆削碳纖維復合材料時，可以通過改變進給量f，把軸向力Fz保持在允許的范圍內，就可以控制分層因子Fd，保證孔的加工質量。

2.選用合適鉆型，采用合理工藝，鉆孔出口面加墊板，可減小出口撕裂和分層。

3.鉆削力鉆削力鉆削力鉆削力 鉆削碳纖維復合材料鉆削力的來源主要有三方面：克服被加工材料彈性變形的抗力;克服被加工材料中纖維斷裂和基體剪切的抗力;克服切屑對前刀面的摩擦阻力和后刀面與已加工表面間的摩擦阻力。

4. 鉆削溫度鉆削溫度鉆削溫度鉆削溫度 鉆削碳纖維復合材料切削熱的主要來源是纖維斷裂和基體剪切所消耗的功，以及切屑對前刀面的摩擦和后刀面與己加工表面間的摩擦所消耗的功。其中以后刀面與己加工表面間摩擦產生的熱最多。在通常鉆削條件下，碳纖維復合材料的鉆削溫度一般不超過150~200℃。

四、碳纖維安全性能指標

CFRP的應用領域非常廣泛，近年來，中國復合材料產業有了很大的進步，已成為碳纖維復合材料應用大國。但是我國大陸碳纖維長期依賴進口，受治于人，面對當前嚴峻的形勢，需要我們共同努力。