玻璃鋼/復合材料大跨度結構工程研究

摘要：由于玻璃鋼/復合材料具備較強的性能優勢，隨著玻璃鋼/復合材料的發展，生產技術水平的不斷提升，使得玻璃鋼/復合材料在大跨度結構工程中的應用日益廣泛，能夠滿足結構輕巧、造型新穎、建設簡便、實用美觀、高強耐用等的大跨度結構工程的結構需求和人們的實用需求。本文簡單介紹了玻璃鋼/復合材料的涵義，重點介紹了玻璃鋼/復合材料的性能，闡述了玻璃鋼/復合材料在大跨度結構工程中的應用。

關鍵詞：玻璃鋼/復合材料；大跨度結構；應用

前言：隨著我國經濟的飛速發展，對建筑物的材料和性能提出了更高程度的要求，建造大跨度結構工程已成為未來的發展趨勢，比如飛機場、候車大廳、游泳館、展覽館、體育館以及CBD等大型活動場所，這些大跨度結構工程要求所用建材須耐久性高、強度大、材料輕巧、受力合理等，玻璃鋼/復合材料具備高強耐久、抗腐蝕、承載力強等性能，因此，玻璃鋼/復合材料在大跨度結構工程中得到了廣泛應用。

1.玻璃鋼/復合材料涵義

復合材料指的是由兩種或兩種以上的材料復合在一起成為具有更好性能的一種材料。玻璃具有透明的特性，且耐高溫、耐腐蝕，但是玻璃易碎，不能夠滿足人們要求，鋼材具有堅硬，且不易碎、耐高溫的特性，但是鋼材抗腐蝕性能弱，同樣不能滿足要求，于是人們迫切需要一種既具有玻璃耐高溫、耐腐蝕、透明且硬的特性，又具備鋼材堅硬且不易碎的性能的一種材料。玻璃鋼/復合材料就是這樣一種既耐高溫、耐腐蝕、強度高、質量輕便的復合材料，由于玻璃的抗拉強度較低，但是將玻璃融成玻璃纖維，其抗拉強度可提升十幾倍，我們將玻璃纖維和樹脂進行組合成為一種復合材料，這才是真正意義上的玻璃鋼/復合材料，玻璃鋼是眾多復合材料中的一種。

2.玻璃鋼/復合材料性能

2.1.輕質高強

玻璃鋼具有“比鋼強，比鋁輕”的特性，玻璃鋼/復合材料密度為1.5-2.0之間，密度只有鋼材的1/4-1/5，但抗拉強度在沿纖維主向上超過普通鋼材的2-3倍，可與高級合金鋼相比，玻璃鋼/復合材料的比強度超過普通鋼材10倍。玻璃鋼/復合材料輕質高強，在航空航天領域、建筑工程領域應用廣泛，玻璃鋼/復合材料的應用大大增加了大跨度結構工程的跨度要求和承載力要求，比如建筑工程中所需要的大跨度的屋蓋，玻璃鋼/復合材料可以實現比鋼架或混凝土屋蓋大得多的跨度，且玻璃鋼/復合材料具有重量輕的優勢，在其施工中，安裝難度大大降低。

2.2.抗腐蝕

鋼材的抗腐蝕能力較弱，玻璃具有較好的抗腐蝕性能，玻璃鋼/復合材料是一種抗腐蝕的復合材料，對空氣、油類、水、溶劑和一般濃度的酸、堿、鹽等都具有良好的抗腐蝕能力。玻璃鋼/復合材料正在逐步取代普通鋼材、不銹鋼材、普通木材及其他有色金屬等傳統材料，被應用具有防腐要求的各個領域，并且應用玻璃鋼/復合材料的建筑工程不需要增加防腐處理的環節，節省了不少的成本，這是傳統材料無法實現的。

2.3.導電導熱性能好

玻璃鋼/復合材料是一種絕緣的復合材料，微波透過性較好，且導熱率較低，是一種絕熱復合材料，是一種耐高溫的理想防護材料，在航天航空領域、消防領域得到的廣泛應用。

2.4.工藝性好

玻璃鋼/復合材料確切來說由玻璃纖維和填充物復合而成，可以被設計成任意形狀，不同的技術要求，可以靈活的選擇生產工藝類型，且工藝簡單，易成型，還可以進行上色處理，工藝性能和藝術性能顯著。

3.玻璃鋼/復合材料在大跨度結構工程的應用

3.1.在大跨度建筑工程中的應用

殼體結構工程是大跨度結構工程之一，殼體結構最典型的為是圓柱殼和球殼兩種，殼體結構要求材料需要足夠薄和輕，建筑結構的需要決定了殼體結構的厚度，殼體結構的屋蓋對強度要求較低，可以不做考慮。殼體結構的屋蓋可以由形狀規整的材料建造而成，因此可以將玻璃/復合材料進行等塊分割，現場拼接，且構件質輕，安裝簡便，大大縮短了工程工期，加快了進度，從而節約了大量的成本，工程投資相應減少。

懸挑結構工程在大型體育中心、體育館等應用廣泛，要滿足不遮擋觀眾視線的基本要求，懸挑屋蓋一般采用的是鋼架結構加設覆蓋面或者鋼筋混凝土結構，鋼架結構安裝工藝復雜，難度系數高且維護防腐要求較高，造成成本費用較高。混凝土結構重量大，且施工工藝復雜，造成工程投資較高。采用玻璃鋼這一復合材料，其具有輕質高強，抗腐蝕等優越性能，不僅能夠克服鋼架和混凝土結構的不足，還能體現復合材料的新穎美觀的外觀優勢。

張拉膜（ 殼） 結構由支撐單元、張拉索及覆蓋材料三部分組成，這種張拉膜軟性，施工簡便，但其造價較高。玻璃鋼/ 復合材料具有輕質高強的性能，用來制作張拉膜可以實現強度高，質量輕，透光性能好的要求，還可以避免了大量的內外裝修工程量，從而降低工程投資，符合經濟性要求。張拉膜結構在大型體育場館、機場候車廳等應用較多，比如亞特蘭大奧運會體育館的屋頂--佐治亞穹頂。

3.2.在大跨度橋梁工程中的應用

玻璃鋼/ 復合材料具有輕質高強的性能，在大跨度橋梁工程中的應用，在不增加重量的基礎上，可以將橋梁鋼材的強度增至數倍，大大提高大跨度橋梁的跨越能力。 我國的四川廣漢向陽大橋是由四川大學橋梁設計的，采用的是非對稱提籃拱結構，玻璃鋼梁長50米，橋長120米，橋寬5米，是世界上規模最大的玻璃鋼跨江人工橋。英國的玻璃鋼/ 復合材料人行斜拉橋，是當時世界上最長的復合材料橋，橋長120米。柏林

4.結束語

通過以上的研究，我們對玻璃鋼/復合材料的性能和應用有了初步的了解。隨著玻璃鋼/復合材料的發展，其優良的性能優勢，在大跨度結構工程中的應用將日益廣泛，將會逐步取代傳統的建筑材料，成為材料發展的主流趨勢，但是玻璃鋼/復合材料仍然具備一些不可忽視的缺點，這就需要研究人員加強對玻璃鋼/復合材料的研究，不斷改進其微觀結構，使之更好地為人們所使用。

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