FRP復(fù)合材料在橋梁工程中的應(yīng)用與發(fā)展

湯洪雁，王秀艷

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

FRP復(fù)合材料在橋梁工程中的應(yīng)用與發(fā)展

湯洪雁，王秀艷

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

FRP材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，并對其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

FRP；復(fù)合材料；腐蝕；劣化

1　FRP材料在橋梁中的應(yīng)用背景

1.1傳統(tǒng)橋梁存在的問題

近年來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕、劣化問題日益嚴(yán)重，其中以鋼材銹蝕最為常見，這不僅影響到結(jié)構(gòu)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(tǒng)橋梁腐蝕情況

橋面板直接承受輪壓荷載和環(huán)境荷載，是受超載、腐蝕、疲勞等不利因素影響最直接的構(gòu)件，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土橋面板和鋼橋面板在惡劣的環(huán)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(jīng)濟(jì)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(shè)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?zhèn)鹘y(tǒng)材料，發(fā)展和建設(shè)具有長期耐久性、能實(shí)現(xiàn)低維修且快速施工的橋梁結(jié)構(gòu)已迫在眉睫。

1.2FRP材料特性

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Fiber Reinforced Polymer/ Plastic，簡稱“FRP”）應(yīng)用于橋梁工程中具有眾多優(yōu)勢，如：自重輕，恒載小，相對承載力高；可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，適合于工廠預(yù)制；抗腐蝕能力強(qiáng)；耐超載；易安裝，施工快捷，運(yùn)輸方便等。近年來，F(xiàn)RP加工成型技術(shù)快速發(fā)展，拉擠、纏繞、RTM（樹脂傳遞模塑）、真空導(dǎo)入等工業(yè)化成形工藝可制造尺寸較大的、具有穩(wěn)定性能的標(biāo)準(zhǔn)化FRP構(gòu)件（見圖3），為FRP橋梁大量應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件。目前，F(xiàn)RP在新建橋梁中的應(yīng)用形式包括FRP橋索、FRP橋面板、FRP組合梁以及整體結(jié)構(gòu)中主受力構(gòu)件采用FRP型材等橋梁結(jié)構(gòu)型式。

2　FRP材料在橋梁中的應(yīng)用現(xiàn)狀

FRP材料在國外應(yīng)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)化FRP構(gòu)件

2.1FRP材料作為橋梁主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

FRP復(fù)合材料橋梁可以設(shè)計(jì)為梁橋、桁架橋、斜拉橋、懸索橋、拱橋等基本橋型，已成功應(yīng)用于人行橋及車行橋。以國內(nèi)為例，F(xiàn)RP材料作為橋梁主體結(jié)構(gòu)，已應(yīng)用于主梁、斜拉索、主桁架等橋梁關(guān)鍵部位，見圖4。

圖4　國內(nèi)已建FRP橋梁

2.2FRP材料作為裝飾結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

由于FRP材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常用于橋梁裝飾結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)，以天津?yàn)槔?，F(xiàn)RP材料已應(yīng)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?yàn)楹涞貐^(qū)濱海環(huán)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(hù)費(fèi)用，并延長使用壽命。

3　FRP橋梁的發(fā)展前景

3.1現(xiàn)行規(guī)范研究情況

目前，美、日、歐等國已經(jīng)具有相對完善的FRP型材標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，但尚無施工及驗(yàn)收規(guī)范，工程運(yùn)作以型式試驗(yàn)、現(xiàn)場專家評審等方式進(jìn)行。

我國相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)有《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB 50608-2010），但其中并未包含F(xiàn)RP橋梁的內(nèi)容，且尚無類似地方標(biāo)準(zhǔn)。目前，F(xiàn)RP橋梁的設(shè)計(jì)遵循現(xiàn)行公路、城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，工程運(yùn)作同樣以型式試驗(yàn)、現(xiàn)場專家評審等方式進(jìn)行。

圖5　FRP材料在城市景觀橋梁中的應(yīng)用

3.2發(fā)展前景

（1）經(jīng)濟(jì)效益

FRP橋梁材料成本高于傳統(tǒng)鋼或混凝土材料，但其施工成本降低，后期維護(hù)成本大大降低，架設(shè)速度加快，架設(shè)難度降低，使其全壽命成本較低。隨著相關(guān)技術(shù)的逐步成熟以及其在耐久性及施工方面的優(yōu)勢，在近海跨海工程、城市橋梁、公鐵跨線橋、移動開啟橋、戰(zhàn)備應(yīng)急橋梁等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)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(qiáng)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(shí)封橋。

c.預(yù)制及快速架設(shè)特性，可很好地解決城市橋梁建設(shè)引起的擁堵問題。

d.復(fù)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(jié)構(gòu)橋梁相當(dāng)，且可回收利用，環(huán)保性好。

e.適于災(zāi)害或突發(fā)事件中的交通快速恢復(fù)、軍事機(jī)動等。

隨著國家可持續(xù)發(fā)展政策的深入實(shí)施，F(xiàn)RP橋梁巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益使其成為橋梁工程發(fā)展的重要方向，同時(shí)也是復(fù)合材料工業(yè)的新增長點(diǎn)。

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(shè)計(jì)工作。