FRP复合材料：土木工程的印记

纤维增强（FRP，Fiber Reinforced Polymer）复合材料，它是通过将纤维与诸如树脂的聚合物材料的基质混合而形成的高性能材料。土木工程中使用的纤维材料是碳纤维和玻璃纤维，最常用的碳纤维用于结构加固；树脂基质是最常见的环氧树脂，乙烯基酯树脂和聚酯树脂。

在材料科学领域经常提到的玻璃纤维，碳纤维和Alameda纤维是三种常见的FRP复合材料。但其力学性能有所不同。其主要特点：①抗拉承载性能都强。根据相关数据，三种纤维的拉伸强度约为普通钢的4倍。通过对FRP的材料试验，可以发现几种材料的断裂形态表明FRP在达到抗拉强度之前几乎没有可塑性形变；②密度都小，因此，由FRP复合材料制成的构件仅为钢的1/4。施工过程可以更加方便，特别是在起重过程中，减少了负荷，缩短了起吊时间，提高了施工效率；③弹性模量都小，与普通钢筋相比，三种FRP的弹性模量降低了30%至75%[4]；④FRP复合材料具有与混凝土相似的热膨胀系数。FRP复合材料和混凝土可以在环境温度变化的条件下协同工作，避免两种材料的温度应力，影响整体结构[3]。

FRP复合材料在桥梁中的应用比较多，主要有以下几个方面：

1.FRP预应力筋和FRP索

FRP预应力筋是通过用环氧树脂作为基材黏合多个连续纤维而获得的。经特殊模具挤压拉伸后，强度约为普通钢筋的6倍，重量为普通钢筋的1/2。5，具有强度高，重量轻，耐腐蚀性强，松弛小，抗疲劳，无磁等优点。连续长纤维单向编织成绳状，然后用树脂渗透得到FRP缆。随着大跨度桥梁技术的发展，FRP缆已开始受到研究人员的重视。目前，CFRP常用于替代传统钢筋作为斜拉桥缆。

2.FRP拉挤型材结构(www.xing528.com)

FRP拉挤型材具有多种形状和单向力。FRP组件可以用螺栓固定或粘接和拼接。1992年，苏格兰建造了第一座采用全玻璃钢材料的人行桥-阿伯费尔迪桥。主塔，主梁，桥面和栏杆全部采用GFRP拉挤型材制成，AFRP斜拉索采用聚乙烯覆盖。桥梁成本大大降低，维护免费至少20年。随后，十多个国家包括美国，日本，俄罗斯和西班牙在内，开始建造全玻璃钢桥梁。2002年，中国在重庆建造了一座全玻璃钢材料的桁架桥，长20米，宽2米。

3.FRP组合结构

为充分发挥FRP材料轻质、高强、耐腐蚀的优点，材料利用率进一步提高，FRP材料以某种方式与其他传统结构材料如混凝土和钢结合，形成FRP复合结构。目前，桥梁工程中常见的FRP复合结构主要包括FRP和混凝土复合结构，FRP和钢复合结构。2010年建成的中国大广高速6号桥，桥跨布置为（20+4×25+20）m，全宽8m，这是FRP复合结构首次应用于公路桥梁的主梁。

4.FRP附属及装饰结构

当应用于桥梁附接结构（例如栏杆和人行道板）时，FRP复合材料可以大大降低结构重量。减少工程造价，特别是在诸如悬索桥的缆索承载桥中，它们具有很强的竞争力。FRP材料易于制作各种形状，耐用性也很好，常用于桥梁装饰结构，如北京桥梁结构的外墙装饰[5]。