FRP復合材料在橋梁工程中的應用與發展

湯洪雁，王秀艷

（天津城建設計院有限公司，天津市 300122）

FRP復合材料在橋梁工程中的應用與發展

湯洪雁，王秀艷

（天津城建設計院有限公司，天津市 300122）

FRP材料具有輕質、高強、耐腐蝕等優點，對于解決目前橋梁工程中存在的問題具有重要意義，對FRP材料在橋梁中的應用現狀進行總結，并對其應用前景進行了展望。

FRP；復合材料；腐蝕；劣化

1　FRP材料在橋梁中的應用背景

1.1傳統橋梁存在的問題

近年來，鋼筋混凝土結構和鋼結構的腐蝕、劣化問題日益嚴重，其中以鋼材銹蝕最為常見，這不僅影響到結構的正常使用和壽命，還造成了大量的安全隱患，見圖1。

圖1　傳統橋梁腐蝕情況

橋面板直接承受輪壓荷載和環境荷載，是受超載、腐蝕、疲勞等不利因素影響最直接的構件，傳統的鋼筋混凝土橋面板和鋼橋面板在惡劣的環境下會很快銹蝕、開裂、剝離，甚至塌陷（見圖2），造成了巨大的經濟損失。

圖2　橋梁超載事故

隨著人們對日常交通通行需求的不斷提高，對橋梁的架設速度、長期可靠性、抗超載和抗疲勞等性能提出了更高的要求。因此，探索采用新的有效和可靠的建筑材料來代替傳統材料，發展和建設具有長期耐久性、能實現低維修且快速施工的橋梁結構已迫在眉睫。

1.2FRP材料特性

纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer/ Plastic，簡稱“FRP”）應用于橋梁工程中具有眾多優勢，如：自重輕，恒載小，相對承載力高；可設計性強，適合于工廠預制；抗腐蝕能力強；耐超載；易安裝，施工快捷，運輸方便等。近年來，FRP加工成型技術快速發展，拉擠、纏繞、RTM（樹脂傳遞模塑）、真空導入等工業化成形工藝可制造尺寸較大的、具有穩定性能的標準化FRP構件（見圖3），為FRP橋梁大量應用提供了基礎條件。目前，FRP在新建橋梁中的應用形式包括FRP橋索、FRP橋面板、FRP組合梁以及整體結構中主受力構件采用FRP型材等橋梁結構型式。

2　FRP材料在橋梁中的應用現狀

FRP材料在國外應用比較成熟，迄今為止，美國已修建FRP橋梁兩百余座，歐洲為七十余座。國內對FRP橋梁的研究工作起步較晚，已建成約十座FRP橋梁。

圖3　標準化FRP構件

2.1FRP材料作為橋梁主體結構的應用

FRP復合材料橋梁可以設計為梁橋、桁架橋、斜拉橋、懸索橋、拱橋等基本橋型，已成功應用于人行橋及車行橋。以國內為例，FRP材料作為橋梁主體結構，已應用于主梁、斜拉索、主桁架等橋梁關鍵部位，見圖4。

圖4　國內已建FRP橋梁

2.2FRP材料作為裝飾結構的應用

由于FRP材料具有輕質、高強、耐腐蝕等優點，經常用于橋梁裝飾結構及附屬結構，以天津為例，FRP材料已應用于多座城市景觀橋梁工程，如奉化橋的花瓣、富民橋的欄桿及赤峰橋的主塔外裝飾等，見圖5。

天津為寒冷地區濱海環境，采用FRP裝飾材料可有效抵抗除冰鹽和空氣中鹽分的腐蝕，降低維護費用，并延長使用壽命。

3　FRP橋梁的發展前景

3.1現行規范研究情況

目前，美、日、歐等國已經具有相對完善的FRP型材標準及結構設計規范，但尚無施工及驗收規范，工程運作以型式試驗、現場專家評審等方式進行。

我國相關國家標準有《纖維增強復合材料建設工程應用技術規范》（GB 50608-2010），但其中并未包含FRP橋梁的內容，且尚無類似地方標準。目前，FRP橋梁的設計遵循現行公路、城市橋梁設計規范，工程運作同樣以型式試驗、現場專家評審等方式進行。

圖5　FRP材料在城市景觀橋梁中的應用

3.2發展前景

（1）經濟效益

FRP橋梁材料成本高于傳統鋼或混凝土材料，但其施工成本降低，后期維護成本大大降低，架設速度加快，架設難度降低，使其全壽命成本較低。隨著相關技術的逐步成熟以及其在耐久性及施工方面的優勢，在近?？绾９こ?、城市橋梁、公鐵跨線橋、移動開啟橋、戰備應急橋梁等領域具有廣闊的應用前景。

（2）社會效益

a.FRP橋梁良好的耐腐蝕性及抗疲勞性能使得其在近海、跨海工程總具有非常強的競爭力。

b.FRP橋梁少維修的特性，可大幅減少因橋梁大修引起的臨時封橋。

c.預制及快速架設特性，可很好地解決城市橋梁建設引起的擁堵問題。

d.復合材料橋梁空氣污染和水污染均小于鋼筋混凝土橋梁，與鋼結構橋梁相當，且可回收利用，環保性好。

e.適于災害或突發事件中的交通快速恢復、軍事機動等。

隨著國家可持續發展政策的深入實施，FRP橋梁巨大的經濟、社會效益使其成為橋梁工程發展的重要方向，同時也是復合材料工業的新增長點。

U444

B

1009-7716（2016）03-0182-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.052

2015-11-25

湯洪雁（1973-），男，天津人，正高級工程師，從事路橋設計工作。