FRP材料在工程中的应用

王建超

大连市市政设计研究院有限责任公司 辽宁大连 116000

从上个世纪七十年代开始，英国、以色列等也开始追随美国的脚步，开启了FRP材料的研究，并将其作用到诸如桥梁结构等的工程中。而随后的几年，我国也开始了关于FRP材料的研究。1982年在北京密云建成的、中国第一座简支公路桥，就是一次对FRP材料应用的重要突破；而在1995年，我们的近邻日本在历经了阪神地震以后，也开始将FRP材料作用到桥梁结构的施工当中。从概念和属性的角度来说，FRP材料是一种复合型塑料，是通过基底材料混合增强材料胶合而成的。目前比较常见的增强材料包括玻璃纤维、碳化硅纤维、芳纶纤维和碳纤维等。而根据基底材料和增强材料的不同胶合形式，FRP材料也会呈现出不同的类型，比如CFRP(碳纤维增强复合塑料)、GFRP(玻璃纤维增强复合塑料)、AFRP(芳纶纤维增强复合塑料)等。

1 FRP材料的主要特征分析

FRP材料的特征很大程度上是由合成的基底材料和增强材料决定的，主要表现在这样几个方面：

1.1 轻质高强

FRP材料密度小、材质较轻巧，所以在相同直径的情况下，其质量大约为同体积钢质材料的五分之一，甚至只有七分之一。但是密度小、质量小却不意味着强度低，FRP材料的强度可以达到一般刚才的20倍甚至50倍，在具体工程施工的过程中如果使用FRP材料不仅可以降低结构自身的重量，更可以提高其强度，尤其是对于桥梁结构类的工程而言，使用FRP材料更可以拉高其极限跨度[1]。

1.2 耐腐蚀能力强

因为FRP材料主要是基底材料和增强材料胶合而成的，所以非金属纤维是其构成的主要元素。非金属纤维最大的特点便在于电化学性小于普通钢材，所以由其合成的FRP材料也会具有非常好的腐蚀性，即便是在盐、碱和潮湿的环境中，依然能够抵抗各种化学腐蚀，而这恰恰是传统刚才所不具备的优势。

1.3 冲击韧性低

FRP材料属于脆性材料，构建缺少塑性转动能力，冲击韧性比较低，所以其并不能实现弯矩重分布。就实际情况而言，大部分FRP材料的弹性模量是低于钢材料的，所以在工程设计过程中要充分考虑FRP材料的这点属性和特征，尽可能用几何强度来弥补这部分的缺点和不足。

2 FRP材料在桥梁隧道工程中的应用

因为FRP材料具有如上的特点，因此近年来在各类工程项目中也有着非常广泛的应用，以桥梁工程为例，其应用情况主要表现在这样几个细节之处：

2.1 在旧桥梁改造中的应用

传统桥梁工程用以加固的手段主要是粘钢法和增加横截面面积，但是相对而言这些方法都不是万全之策，都存在着一定程度的缺陷和不足。但是如果在桥梁改造或者加固施工过程中应用FRP材料，那么不仅会为施工过程带来便利，同时还能增加桥梁的抗腐蚀性、提高其承载能力；细节上可以采用FRP板或FRP布，这两类材料在桥梁加固活该藻类的施工当中应用率都比较高[2]。只是休要注意的是，桥梁机构当中的碳、钢等都很容易发生电反应，所以为确保施工顺利必须提前采取预防措施，材料的选择要满足设计和弹性模量的需求。

2.2 代替普通钢筋

因为FRP材料具有非常好的抗腐蚀性，因此在容易被腐蚀（主要是各种化学腐蚀）的环境中，可以使用FRP材料代替传统的钢筋材料，来加固桥梁、提高结构的稳定性，提高其抗腐蚀的效果[3]。在具体施工过程中，要格外注意FRP材料和混凝土之间的粘合性，拉挤成功之后要对其表面展开必要的粗糙处理，具体处理方法包括压痕、缠绕纤维呈螺纹状等。

2.3 混凝土结构的预应力筋

对FRP材料施加预应力不仅能够改善FRP混凝土梁的抗裂度及刚度，而且还能充分调动FRP材料的特性。在实际桥梁工程施工的过程中，存在内、外两种预应力梁筋，如果需要使用FRP筋进行加固或者混凝土结构截面布置体内预应力筋不易，就可以采用体外预应力施工技术，当然在实际施工中还是要尽可能采用体内预应力筋。

2.4 FRP格栅

与传统格栅相比，FRP格栅具有很强的耐久性，而且从特征来说质量小、强度高，格外便于在施工中呈现效果。除却桥梁施工外，在诸如新建结构、隧道加固工程中，FRP格栅都有着非常广泛的应用。在具体施工过程中需要添加锚杆配合使用，这样可以避免周边围岩发生变形。

2.5 感知性能的应用

FRP材料不仅具有很好的力学性能，同时还具备极强的感知性能，因此在桥梁施工过程中其往往被同时当作结构的受力筋和传感器来使用。举例来说，CFRP(碳纤维增强复合塑料)在受力过程中，电阻会跟随力度而发生变化，彰显出特殊的感知性。所以在桥梁施工过程中，要尽可能将FRP材料的特性和结构功能检测、监测等内容进行整合，使桥梁结构的实际受力情况准确反映出来。

3 结语

作为一种施工应用材料，启示FRP材料在桥梁工程中的应用并不算长，但是因为这样一种材料已经得到了国际范围内的普遍认可，所以从其作用于工程施工时开始，便广为人们关注。相对而言，我国所开启的有关FRP材料的研究时间更为短暂，与欧美等发达国家对FRP的利用情况有着显著的差距。但是正是这种差距的存在促使我们意识到，我国的FRP材料工程应用情况还有很大的提升空间，而随着我国社会经济的快速发展，随着各行各业对FRP材料的高度重视，其在桥梁工程中的应用程度和应用效果会日渐提升，其将助力很多传统工程施工过程中所暴露出的问题和弊端得以解决。