簡析公路橋梁施工中FRP材料的應用

【摘 要】對傳統工程建設中，最為主要的是非混凝土結構和鋼結構等材料，這些結構有極為突出的優勢，但在實踐中，還會存在材料銹蝕造成結構有過早退化的問題產生，所以應對更加有效的解決方法進行尋找，運用FRP材料，能夠將上述問題得到有效改善。

【關鍵詞】公路橋梁；FRP；材料；應用

1.FRP材料的含義

FRP材料即為纖維增強復合塑料的英文縮寫，其屬于復合材料，以合成樹脂為基體，以玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維以及氧化鋁纖維等作為增強材料。根據纖維種類不同，FRP材料又可以分玻璃纖維增強復合塑料、芳綸纖維增強復合塑料等多種。

2.FRP材料優點

FRP在建筑工程結構的主要應用形式為纖維布，而纖維布主要用于結構工程加固。FRP材料與傳統結構材料相比，具有極其大的優勢：

2.1輕質高強

該特性使結構自重得到大大降低。在路橋建筑工程中，若對FRP材料的大跨度空間結構體系進行運用，理論極限跨度會是傳統材料結構的2～3倍。在相同的橋梁工程中，若運用傳統結構材料，理論上的極限跨度會保持在5000m以內，若換用FRP，極限跨度會超過8000m。其次，在抗震結構中，由于FRP材料存在著輕質高強，大大減輕了結構自重，使地震作用得到有效減小，能夠使結構的耐疲勞性能得到顯著改善。

2.2耐腐蝕性

纖維增強復合材料在不同的環境中得到適用。可應用于酸性、堿性、氯鹽及潮濕的環境中。該特點也是在化工建筑、鹽漬地區、海洋工程的地下工程和水下工程中應用纖維增強復合材料的重要原因。根據相關統計，我國每年會有一定數量的橋梁由于鋼筋銹蝕導致損壞修復費用增加，而該維護費用也在持續攀升。所以，應從持續發展戰略入手，強烈建議在沿海地區、好冷地區的橋梁、建筑結構中對FRP結構或FRP配筋混凝土結構進行運用，能夠使結構使用年限延長，降低維護費用，從而實現社會資本的節約。

2.3可設計性強

纖維增強復合材料不同于傳統的結構材料，FRP的強度指標、彈性模量是可以根據工程需要而變化的，通過采用不同纖維材料、纖維含量以及鋪陳方式的改變等不同的設計工藝，生產出不同的FRP產品，以滿足特定工程的特殊性能要求。

2.4其他性能

FRP材料具有良好的彈性性能，FRP材料的應力應變曲線接近線彈性，塑性變形小，有利于偶然超載后的變形恢復；FRP材料可實現工廠化生產，現場安裝，有利于保證工程質量、提高勞動效率和建筑工業化；除此之外，FRP材料還具有良好的絕緣、隔熱、熱膨脹系數小及透電磁波等，因此可用于一些特殊場合如雷達站、地磁觀測站、醫療核磁共振設備結構等。

3.FRP材料在橋梁工程中的應用

3.1橋梁結構加固與改造

在一些橋梁結構改造工程中，采用FRP材料不僅便于施工，而且對橋梁承載力的改善效果十分明顯，并且具備較強的抗腐蝕性能。通常橋梁加固時多采用FRP布或者FRP板材，其可以受彎提高橋梁的強度。需要注意一點，在進行鋼橋的維修加固過程中需要注意，結構中的鋼、碳可能發生電反應，因此要采取相應的預防措施；并且選擇FRP材料時要注意其彈性模量要與設計要求相符。

3.2代替普通鋼筋

在一些侵蝕性環境條件下，可以利用FRP較好的耐腐蝕性來取代普通鋼筋作為結構的增強筋，提高結構的耐腐蝕性，比如鋼筋混凝土梁或者橋面板中均可以采用FRP筋作為主受力筋。在實際應用中，FRP與混凝土之間的粘結性是FRP混凝土結構需要注意的關鍵點，通常在FRP拉擠成型時需要對其表面進行特殊的變形或粗糙處理，才能提高FRP與混凝土的粘結力，處理方法包括壓痕、粘砂或者纖維纏繞形成螺紋等。具體而言，影響FRP與混凝土粘結性能的主要因素包括FRP的表面變形形式、混凝土保護層的厚度、混凝土的強度以及FRP構件的直徑與埋長等等。

3.3用于預應力混凝土結構的預應力筋

對FRP施加預應力不僅可以將FRP的材料特性充分發揮出來，而且在FRP混凝土梁的抗裂度與剛度均能得到有效的改善。在實際應用中主要有體內與體外兩種預應力梁筋，其中如果混凝土結構截面不易布置過多的體內預應力筋，或者需要應用FRP筋進行加固時，可以采用體外預應力技術。但實際應用中，仍以體內預應力筋的應用為主。

3.4應用于纜索承重橋梁的受力構件

一些纜索承重橋的主纜、斜拉索以及吊桿等纜索通常設置在梁體外部，這類結構長期、持續的處于高應力狀態，所以會產生應力腐蝕，采用傳統的加強防護措施固然可以在短期改善纜索的耐久性，但是治標不治本；而采用FRP材料，由于其具備良好的耐久性與抗疲勞性，因此可以從根本上解決問題。此外，因為FRP材具備較高的強度，所以將其用于纜索承重橋梁的主纜或者拉索，還可以有效改善橋梁的承載效率與跨越能力。

4.FRP復合材料在土木工程中的展望

FRP復合材料具有輕質、高強、耐腐蝕等多種優點，作為結構加固補強材料具有巨大優勢。FRP加固技術在民用建筑、工業廠房、橋梁以及地鐵隧道等結構加固中都具有非常廣闊的發展應用前景。我國對FRP加固修復工程結構技術的研究和應用雖取得了一定成果，筆者認為，仍需要在以下方面進行深入研究：

（1）加固時應充分考慮FRP材料的差異、工藝的差異以及環境等的影響。

（2）加強FRP材料及結構耐久性及疲勞性能研究。

（3）深入研究FRP的性能，加快FRP材料的國產化進程，努力開發FRP的應用潛力。

（4）加快FRP加固工程技術規范與標準的制定等。

5.結語

綜上所述，隨著科學技術的快速發展，FRP加固新方法的運用已經從工業和民用建筑的加固修復發展至橋梁、隧道及其他特征結構的加固修復中。FRP材料在橋梁加固中存在極為廣闊應用前景，但在FRP加固中，基礎理論和設計方法仍有較多不足存在，但在該方面會有較強的科研工作。但是，作為一種新興的材料，FRP材料在結構加固中的作用不可忽略。

【參考文獻】

[1]葉列平，馮鵬.FRP在工程結構中的應用與發展土木工程學報，2006.

[2]張明武，余建星.FRP補強加固RC梁粘結破壞機理研究建筑結構學報，2003.

[3]岳清瑞.纖維增強塑料（FRP）在土木工程結構中的應用技術的進展清華大學出版社，2002.