简析公路桥梁施工中FRP材料的应用

【摘 要】对传统工程建设中，最为主要的是非混凝土结构和钢结构等材料，这些结构有极为突出的优势，但在实践中，还会存在材料锈蚀造成结构有过早退化的问题产生，所以应对更加有效的解决方法进行寻找，运用FRP材料，能够将上述问题得到有效改善。

【关键词】公路桥梁；FRP；材料；应用

1.FRP材料的含义

FRP材料即为纤维增强复合塑料的英文缩写，其属于复合材料，以合成树脂为基体，以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维以及氧化铝纤维等作为增强材料。根据纤维种类不同，FRP材料又可以分玻璃纤维增强复合塑料、芳纶纤维增强复合塑料等多种。

2.FRP材料优点

FRP在建筑工程结构的主要应用形式为纤维布，而纤维布主要用于结构工程加固。FRP材料与传统结构材料相比，具有极其大的优势：

2.1轻质高强

该特性使结构自重得到大大降低。在路桥建筑工程中，若对FRP材料的大跨度空间结构体系进行运用，理论极限跨度会是传统材料结构的2～3倍。在相同的桥梁工程中，若运用传统结构材料，理论上的极限跨度会保持在5000m以内，若换用FRP，极限跨度会超过8000m。其次，在抗震结构中，由于FRP材料存在着轻质高强，大大减轻了结构自重，使地震作用得到有效减小，能够使结构的耐疲劳性能得到显著改善。

2.2耐腐蚀性

纤维增强复合材料在不同的环境中得到适用。可应用于酸性、碱性、氯盐及潮湿的环境中。该特点也是在化工建筑、盐渍地区、海洋工程的地下工程和水下工程中应用纤维增强复合材料的重要原因。根据相关统计，我国每年会有一定数量的桥梁由于钢筋锈蚀导致损坏修复费用增加，而该维护费用也在持续攀升。所以，应从持续发展战略入手，强烈建议在沿海地区、好冷地区的桥梁、建筑结构中对FRP结构或FRP配筋混凝土结构进行运用，能够使结构使用年限延长，降低维护费用，从而实现社会资本的节约。

2.3可设计性强

纤维增强复合材料不同于传统的结构材料，FRP的强度指标、弹性模量是可以根据工程需要而变化的，通过采用不同纤维材料、纤维含量以及铺陈方式的改变等不同的设计工艺，生产出不同的FRP产品，以满足特定工程的特殊性能要求。

2.4其他性能

FRP材料具有良好的弹性性能，FRP材料的应力应变曲线接近线弹性，塑性变形小，有利于偶然超载后的变形恢复；FRP材料可实现工厂化生产，现场安装，有利于保证工程质量、提高劳动效率和建筑工业化；除此之外，FRP材料还具有良好的绝缘、隔热、热膨胀系数小及透电磁波等，因此可用于一些特殊场合如雷达站、地磁观测站、医疗核磁共振设备结构等。

3.FRP材料在桥梁工程中的应用

3.1桥梁结构加固与改造

在一些桥梁结构改造工程中，采用FRP材料不仅便于施工，而且对桥梁承载力的改善效果十分明显，并且具备较强的抗腐蚀性能。通常桥梁加固时多采用FRP布或者FRP板材，其可以受弯提高桥梁的强度。需要注意一点，在进行钢桥的维修加固过程中需要注意，结构中的钢、碳可能发生电反应，因此要采取相应的预防措施；并且选择FRP材料时要注意其弹性模量要与设计要求相符。

3.2代替普通钢筋

在一些侵蚀性环境条件下，可以利用FRP较好的耐腐蚀性来取代普通钢筋作为结构的增强筋，提高结构的耐腐蚀性，比如钢筋混凝土梁或者桥面板中均可以采用FRP筋作为主受力筋。在实际应用中，FRP与混凝土之间的粘结性是FRP混凝土结构需要注意的关键点，通常在FRP拉挤成型时需要对其表面进行特殊的变形或粗糙处理，才能提高FRP与混凝土的粘结力，处理方法包括压痕、粘砂或者纤维缠绕形成螺纹等。具体而言，影响FRP与混凝土粘结性能的主要因素包括FRP的表面变形形式、混凝土保护层的厚度、混凝土的强度以及FRP构件的直径与埋长等等。

3.3用于预应力混凝土结构的预应力筋

对FRP施加预应力不仅可以将FRP的材料特性充分发挥出来，而且在FRP混凝土梁的抗裂度与刚度均能得到有效的改善。在实际应用中主要有体内与体外两种预应力梁筋，其中如果混凝土结构截面不易布置过多的体内预应力筋，或者需要应用FRP筋进行加固时，可以采用体外预应力技术。但实际应用中，仍以体内预应力筋的应用为主。

3.4应用于缆索承重桥梁的受力构件

一些缆索承重桥的主缆、斜拉索以及吊杆等缆索通常设置在梁体外部，这类结构长期、持续的处于高应力状态，所以会产生应力腐蚀，采用传统的加强防护措施固然可以在短期改善缆索的耐久性，但是治标不治本；而采用FRP材料，由于其具备良好的耐久性与抗疲劳性，因此可以从根本上解决问题。此外，因为FRP材具备较高的强度，所以将其用于缆索承重桥梁的主缆或者拉索，还可以有效改善桥梁的承载效率与跨越能力。

4.FRP复合材料在土木工程中的展望

FRP复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等多种优点，作为结构加固补强材料具有巨大优势。FRP加固技术在民用建筑、工业厂房、桥梁以及地铁隧道等结构加固中都具有非常广阔的发展应用前景。我国对FRP加固修复工程结构技术的研究和应用虽取得了一定成果，笔者认为，仍需要在以下方面进行深入研究：

（1）加固时应充分考虑FRP材料的差异、工艺的差异以及环境等的影响。

（2）加强FRP材料及结构耐久性及疲劳性能研究。

（3）深入研究FRP的性能，加快FRP材料的国产化进程，努力开发FRP的应用潜力。

（4）加快FRP加固工程技术规范与标准的制定等。

5.结语

综上所述，随着科学技术的快速发展，FRP加固新方法的运用已经从工业和民用建筑的加固修复发展至桥梁、隧道及其他特征结构的加固修复中。FRP材料在桥梁加固中存在极为广阔应用前景，但在FRP加固中，基础理论和设计方法仍有较多不足存在，但在该方面会有较强的科研工作。但是，作为一种新兴的材料，FRP材料在结构加固中的作用不可忽略。

【参考文献】

[1]叶列平，冯鹏.FRP在工程结构中的应用与发展土木工程学报，2006.

[2]张明武，余建星.FRP补强加固RC梁粘结破坏机理研究建筑结构学报，2003.

[3]岳清瑞.纤维增强塑料（FRP）在土木工程结构中的应用技术的进展清华大学出版社，2002.