1 FRP材料簡(jiǎn)介

　　FRP材料即為纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料的英文縮寫，其屬于復(fù)合材料，以合成樹脂為基體，以玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維以及氧化鋁纖維等作為增強(qiáng)材料。根據(jù)纖維種類不同，F(xiàn)RP材料又可以分玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料等多種。與傳統(tǒng)建筑鋼材料相比，F(xiàn)RP材料的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　首先密度小，自重輕，相同直徑下，F(xiàn)RP材料的重量只有鋼材的五分之一；其次具有較高的抗拉強(qiáng)度，幾乎等同于高強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度，并且其應(yīng)力應(yīng)變曲線不存在明顯的屈服臺(tái)階；再次，其具備較好的抗疲勞性能與耐腐蝕性能，因?yàn)镕RP材料中主要成為是非金屬纖維，與普通鋼材相比，其電化學(xué)活性非常之小，因此具備良好的耐腐蝕性能；最后，F(xiàn)RP材料具備非磁性的特點(diǎn)，一些對(duì)電磁要求比較特殊的結(jié)構(gòu)，比如雷達(dá)站等，比較適用于FRP材料。

　　當(dāng)然，F(xiàn)RP材料屬于一種新型材料，因此其性能也存在一些不足，包括：沖擊韌性不高，F(xiàn)RP屬于脆性材料，所以可以導(dǎo)致構(gòu)件不具備塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，也無(wú)法進(jìn)行彎矩重分布；彈性模量不高，僅為鋼筋的一半，如果混凝土結(jié)構(gòu)中配置了FRP材料必須施加預(yù)應(yīng)力才能防止出現(xiàn)裂縫；FRP的熱穩(wěn)定性也不好，必須處于特定的工作溫度才能保證其性能，否則會(huì)降低其抗拉強(qiáng)度；此外，F(xiàn)RP的工程成本也比較高，因此其生產(chǎn)、制作工藝相對(duì)復(fù)雜，再加之其發(fā)展應(yīng)用還處于起步階段，因此生產(chǎn)成本也是制約其廣泛應(yīng)用的重要因素，不過隨著越來越多人對(duì)FRP材料的認(rèn)可，其生產(chǎn)成本會(huì)越來越低。

　　2 FRP材料在橋梁工程中的應(yīng)用

　　2.1 橋梁結(jié)構(gòu)加固與改造

　　在一些橋梁結(jié)構(gòu)改造工程中，采用FRP材料不僅便于施工，而且對(duì)橋梁承載力的改善效果十分明顯，并且具備較強(qiáng)的抗腐蝕性能。通常橋梁加固時(shí)多采用FRP布或者FRP板材，其可以受彎提高橋梁的強(qiáng)度。需要注意一點(diǎn)，在進(jìn)行鋼橋的維修加固過程中需要注意，結(jié)構(gòu)中的鋼、碳可能發(fā)生電反應(yīng)，因此要采取相應(yīng)的預(yù)防措施；并且選擇FRP材料時(shí)要注意其彈性模量要與設(shè)計(jì)要求相符。

　　2.2 代替普通鋼筋

　　在一些侵蝕性環(huán)境條件下，可以利用FRP較好的耐腐蝕性來取代普通鋼筋作為結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)筋，提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性，比如鋼筋混凝土梁或者橋面板中均可以采用FRP筋作為主受力筋。在實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)RP與混凝土之間的粘結(jié)性是FRP混凝土結(jié)構(gòu)需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)，通常在FRP拉擠成型時(shí)需要對(duì)其表面進(jìn)行特殊的變形或粗糙處理，才能提高FRP與混凝土的粘結(jié)力，處理方法包括壓痕、粘砂或者纖維纏繞形成螺紋等。具體而言，影響FRP與混凝土粘結(jié)性能的主要因素包括FRP的表面變形形式、混凝土保護(hù)層的厚度、混凝土的強(qiáng)度以及FRP構(gòu)件的直徑與埋長(zhǎng)等等。

　　2.3 用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋

　　對(duì)FRP施加預(yù)應(yīng)力不僅可以將FRP的材料特性充分發(fā)揮出來，而且在FRP混凝土梁的抗裂度與剛度均能得到有效的改善。在實(shí)際應(yīng)用中主要有體內(nèi)與體外兩種預(yù)應(yīng)力梁筋，其中如果混凝土結(jié)構(gòu)截面不易布置過多的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋，或者需要應(yīng)用FRP筋進(jìn)行加固時(shí)，可以采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)。但實(shí)際應(yīng)用中，仍以體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)用為主。

　　2.4 應(yīng)用于纜索承重橋梁的受力構(gòu)件

　　一些纜索承重橋的主纜、斜拉索以及吊桿等纜索通常設(shè)置在梁體外部，這類結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期、持續(xù)的處于高應(yīng)力狀態(tài)，所以會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，采用傳統(tǒng)的加強(qiáng)防護(hù)措施固然可以在短期改善纜索的耐久性，但是治標(biāo)不治本；而采用FRP材料，由于其具備良好的耐久性與抗疲勞性，因此可以從根本上解決問題。此外，因?yàn)镕RP材具備較高的強(qiáng)度，所以將其用于纜索承重橋梁的主纜或者拉索，還可以有效改善橋梁的承載效率與跨越能力。

　　3 FRP在隧道工程中的應(yīng)用

　　在隧道工程中FRP的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：首先，F(xiàn)RP格柵，F(xiàn)RP格柵不僅耐久性能強(qiáng)，而且質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，因此便于施工且效果好。在隧道加固工程、新建結(jié)構(gòu)中FRP格柵均得到了廣泛的應(yīng)用，其與錨桿配合使用，可以對(duì)圍巖變形起到較好的控制作用。其次，F(xiàn)RP用作隧道結(jié)構(gòu)的受力筋。在隧道工程中，無(wú)論采用哪種設(shè)計(jì)方法，隧道主體結(jié)構(gòu)均不可避免的要處于環(huán)境條件十分惡劣的圍巖中，相應(yīng)的腐蝕問題也非常突出。針對(duì)這種情況如果采用FRP材料作為主結(jié)構(gòu)的受力筋，由于其具備良好的耐腐蝕性，所以可以較好的解決該問題。不過也存在一定的問題，因?yàn)镕RP的彈性模量不高，所以FRP混凝土構(gòu)件可以存在變形或裂縫過大的問題；并且無(wú)法在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行FRP筋彎鉤或成型的制作，因此施工過程比較不便。最后，F(xiàn)RP感知性能的應(yīng)用，F(xiàn)RP不僅具備良好的力學(xué)性能，其還具備相應(yīng)的功能材料的感知性能，所以其不僅可以用于結(jié)構(gòu)的受力筋，還可以作為傳感器使用。例如CFRP筋在受力變形過程中，其電阻會(huì)發(fā)生變化，體現(xiàn)出其感知特性。如果在隧道結(jié)構(gòu)功能檢測(cè)、監(jiān)測(cè)方面將FRP材料的這一特性充分利用起來，不僅可以將結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況準(zhǔn)確的反映出來，而且也免去了后期人為控制的不便。