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FRP复合材料在土木工程中的应用

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：俞锋1 冉祥富1 漆成2

[导读] 摘要：纤维增强复合材料（FiberReinforcedPolymer，或FiberReinforcedPlastic，简称FRP）是一种新型结构材料，拥有出色的理化特性，因此其在现代土木工程中的应用得到了越来越多的关注。

        1.河北省建设工程标准编制研究中心石家庄 050000；
        2.河北省建筑科学研究院有限公司石家庄 050000
        摘要：纤维增强复合材料（FiberReinforcedPolymer，或FiberReinforcedPlastic，简称FRP）是一种新型结构材料，拥有出色的理化特性，因此其在现代土木工程中的应用得到了越来越多的关注。而对于FRP复合材料在土木工程中的应用这一领域的研究工作，目前国内刚刚起步。本文结合有关资料对FRP材料的特性、FRP材料在土木工程中的应用意义与方法等内容进行了介绍，并且针对FRP结构加固的进一步研究给出了建议和展望，以供参考
        关键词：纤维增强复合材料；土木工程；工程应用
        1FRP复合材料特性
        复合材料（CompositeMaterial）是指两种以上的材料组合在一起形成的非均匀材料。而纤维增强复合材料（FiberReinforcedPolymer，FRP）正是工业界最常使用的复合材料。纤维增强复合材料具有如下特点：（1）比强度高，比模量大；（2）材料性能具有可设计性：（3）抗腐蚀性和耐久性能好；（4）热膨胀系数与混凝土的相近。这些特点使得FRP材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要，同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求，因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。
        2FRP在土木工程中应用类型
        2.1工程结构加固补强
        FRP复合材料以纤维材料混合为主，所以在材料强度等方面有着一定的优势。目前在土木工程建设中FRP复合材料主要以加固使用为主，且在FRP复合材料的使用下能够提升土木工程的质量与安全。FRP复合材料主要以钢架结构、土石结构及混凝土材料工程等为主。
        通过在混凝土材料外层借助FRP复合材料进行缠绕，能够有效提升材料的稳定性，也可以满足在变形、压力与地震等方面的要求，确保混凝土材料结构的承载力。同时，在施工过程中还可以将FRP复合材料运用到梁、板等位置上，确保混凝土结构具备抗弯曲能力，避免因外力作用而出现裂缝等。所以，FRP复合材料的使用能够避免混凝土结构在后期施工与使用中出现问题，确保整体的安全性，但是FRP复合材料的使用难以从根源上解决拉力问题。加之FRP复合材料的筋中含有大量纤维成分，所以在强度方面远远超出传统材料，加之其在抗腐蚀性方面相对较强，因此FRP复合材料运用到钢筋中能够实现对钢筋材料的保护，提升材料的防腐蚀性，避免在材料运用后期出现质量问题及成本增加等问题。
        2.2FRP筋索与预应力FRP筋混凝土结构
        FRP筋纤维占比较高，比传统钢筋材料性能更好。通过将FRP复合材料附着在钢筋表面，可以确保钢筋表面不被腐蚀，降低维修成本。因此在桥梁建设中为保证FRP索的预应力，就可以借助悬索桥等来实现目标。

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同时，为提升混凝土黏结性，可以从不同方式出发，确保黏度的有效提升。第一，虽然FRP筋与混凝土之间有着黏结性不足的特点，但通过对其表面进行处理，能够有效提升黏结性。第二，力学性已经成为了构件中的重要特点之一，加之其弹性较高脆性不足，所以就要做好受力性能对比工作，确保使用的合理性。
        2.3FRP-混凝土组合结构
        受钢-混凝土组合结构应用成功的启发，当考虑经济因素时，一个混凝土和FRP组合的新概念变成了一个有潜力的可行解决方案。当前这个领域的研究聚焦在用FRP外包混凝土上，类似钢管混凝土，使用GFRP的外壳填充混凝土替换桥的主梁，支撑由FRP制作的桥面板。这种FRP-混凝土组合梁，组合柱，很好利用了FRP和混凝土的最好性能。FRP-混凝土组合结构强度高、重量轻和刚度高、价格低的特点将改变影响FRP在推广应用中建筑造价的因素。
        2.4FRP复合材料在桥梁建设中的运用
        桥梁施工一般以环境比较恶劣的地区为主，所以在施工现场中很容易出现安全事故，究其原因就是所使用的材料难以应对极端环境的变化。但是对于FRP复合材料来讲，其具备大部分纤维所具备的特点：第一，柔韧性较强。在加工中可以结合现场施工环境定制不同的构件形状，并运用到特殊部位中。第二，设计人员也可以在原定设计思路的基础上结合具体需求粘贴多层纤维。第三，在施工现场中吊装FRP复合材料的设备较为简单，加之承受力值小，所以在施工便捷程度方面较高，可以在最短时间内保质完成施工要求。且在整个施工现场中没有湿作业与现场固定等。第四，所占据的场地相对较少，能够将对周边环境的影响降至最低，减少了施工现场对环境的不利影响。所以说在FRP复合材料的使用下，可以提升桥梁结构的质量。另外，FRP复合材料还具备质量轻、强度高等特点，在加固后并不会产生过多的荷载，所以在使用空间方面并不会因为加固处理而发生变化。
        3总结
        与其它工程领域对比来看，FRP在土木工程中的应用情况更为复杂，应用的方面更多尺度更大，这种情况一方面说明FRP复合材料在土木工程中应用还需要进行进一步的深入研究，同时也说明了FRP在土木工程中拥有较为广阔的前景。因此我国要结合经济发展规划，加大对 FRP复合材料的研究力度，确保使用的合理性，提升土木工程建设质量。
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