略论FRP材料在建筑结构中的应用

1FRP材料的性能和特点

我们目前所普遍使用的FRP新型建材对比以往传统上所用的结构材料有着很大的优点:1)轻质高强。在桥梁工程中，同等质量的建筑材料，FRP的可用跨度是一般传统材料的近1．5倍，而在楼房建筑工程中，此项指标在理论上能达到传统材料的2倍以上。再加上FRP有显著的抗震作用，所以在需要大跨度的建筑工程方面，FRP的这种耐疲劳性可足够胜任。2)优秀的耐酸腐性。FRP的稳定性很强，在酸碱及潮湿的环境中也能很好的保持自己的状态，这恰恰满足了在化工建筑、地底工程和水下工程的应用需求，并在近几年来的应用实践中获得了广泛的认可。相较于传统材料因钢材腐蚀而不得不付出的额外高额维修费用，FRP在这方面的优势是毋庸置疑的。我国目前也正面临着因以往建材耗损所需付出的大批不必要资金，所以我国已开始投入FRP的使用，尤其是在寒冷潮湿的地区，FRP与混凝土相混合应用在桥梁建设方面，很好的避免了冰盐的腐蚀性，极大的延长了建筑物的使用寿命，也消除了许多安全隐患。3)良好的结构性能。由于FRP由大量的不同纤维结构组成，所以这就决定了其有着优秀的延展性和弹性。FRP在形状灵活多变，可适应多方面需求的同时，也可以避免由于使用时间过久而产生的形变，从而很好的保持结构的稳定性。再加上其具有良好的绝缘隔热和投电磁性能，FRP也可以代替许多材料应用于雷达、核磁共振等领域。然而，FRP有这么多优点的同时，也注定了其有着设计难度大、造价高的不足之处。但其在多方面领域的广泛应用和后续维护费用方面的节省能很好的平衡此项缺点，所谓瑕不掩瑜，随着建材生产技术的提高，此类问题必然会得到很好的解决，从而将FRP材料的使用推向更多领域。

2FRP在建筑结构中的应用

FRP的应用主要通过两种方式来实现:1)直接应用于新建筑，作为建筑材料而使用。2)对以往建筑结构进行维修和加固，从而消除旧结构上因材料选取不当而产生的不利效果。其中由于FRP的结构优点，大多应用于桥梁、海洋工程、地下工程和民用建筑等，多以板、梁和柱的结构出现。FRP材料最开始是在20世纪60年代由美国首先开始进行研发，然而当时由于在复合材料选择上的考虑不足，此项研究被迫中断。后来为了取代近海工程中的旧材料，这项研究得以继续，并至今仍有多所大学在进行着FRP材料的使用探索。日本在FRP的投入使用方面同样进行了大量探索，并编制出了世界上第一个基于FRP的施工规范，将FRP逐步应用于高性能领域。德国也在20世纪建成了世界上第一座以FRP为主要材料的悬索桥。我国在1997年最先开始投入对FRP的研究，并很快在第二年就开始了实际应用，研究方向也开始变得更加广阔，至今已获得了如柱上外铁FRP、补强加固等多项研究成果，也成功建立了相应的计算方式。对于旧结构的维护和加固是我国目前对于FRP的最主要使用方法，这一工程主要是将FRP加固于结构表面，犹如给建筑加上外骨骼，很好的增强了建筑的抗盐化性和受力性。对于这项应用我国很早就投入了研究，并在这两年得到了广泛的推广和应用，将其与施工技术相结合，形成了一套适合我国的特殊技术。

首先，将FRP缠绕加固混凝土，以此来有效的提升加固形式。增强混凝土的抗压性和抗变形性，虽然受压承载能力只有25%左右的提高，但如果灵活的改变建筑截面的形状，将其设计成拥有一定弧度的模式，可以大大加大其承载数值，从而更好的提高混凝土柱子的延展性。但应用到板和梁上时，FRP的这种特点能很好的避免裂缝的出现，从而以其优秀的受弯承载能力，大大提高建筑物的稳定性和安全性。在梁的侧面加上FRP材料就是这方面的一种有效应用。其次，将FRP运用到钢结构的修复上。将FRP以板的形式加固在钢结构的受损部位，能有效的改善其承载能力。这种应用方法适合于建筑中的各种位置，可以对建筑中的钢材进行合理的修复和加固，例如在梁的腹板和受拉面钢材部分进行加固，从而极大的提升其抗弯度，并在恢复了钢材因常年受压而产生损伤的同时，很好的减轻了钢材的疲劳，有效的延长了建筑的使用寿命。并不是只有出现了损伤的建材才需要FRP进行加固，对于一些明显缺陷的地方，由于会长时间的受到形变力的影响，很容易加大其疲劳程度，从而产生安全隐患。将FRP的高强度特点应用到其中就可以很好的消除这项隐患，很好的延缓了建材损伤的发生。最后，由于轻质的FRP具有良好的延展性，可以将FRP应用到高跨度的建筑方面，如桥梁等。目前我国大多将FRP板填充到网络结构中，用FRP来代替在桥梁建筑方面的钢材，从而有效的降低桥梁维护费用，也避免了由于钢材热胀冷缩而出现的寿命消耗，从而能够很好的适应不同环境下对建筑强度的需求。再加上FRP色彩鲜亮又施工方便，也能够很好的提升建筑在外观上的美观性，从而为其在多方向领域的发展，形成了良好的先决条件。总的来说，FRP材料除了应用在桥梁建设和海上、地下工程的各处外，还广泛的应用到了民用建筑的加固和补强上。将柱、梁等需要长时间承载重力的位置进行粘贴FRP板来进行适当的加固，可更有效的修复建材损伤，延长建筑使用寿命，从而对建筑的稳定性产生重要的有利影响。

3结语

随着我国科学技术的日益进步，各种新型的建筑材料被运用到实际的建筑结构中，而传统材料也因其缺点被更优秀的材料所替换和补充。FRP正是这种高性能材料，它以其轻质高强、耐酸腐、可塑性强等等特点受到了工程界的广泛青睐，并给未来的工程结构发展带来了更为广阔的前景和综合效益。在使用方面，我国已将FRP材料运用于结构加固等方面，虽较之其他国家仍不免落后，但随着我国建筑业的发展，我们必然能找到更多的使用空间，将FRP运用到其他领域，获得工程界更大的进步和发展。所以我们更需要对FRP的使用方面进行全面细致的研究，以将其运用到我国的建设中来。

作者：柳红燕 温倩慧 单位：广州科技职业技术学院