FRP材料对土木工程提防的作用范文

1种类及特性

在建筑领域中常用的FRP材料主要包括碳纤维（carbonfiber，简称CFRP）、玻璃纤维（glassfiber，简称GFRP）以及芳纶纤维（aramidfiber，简称AFRP）等。这几类纤维材料的物理力学性能十分优越，如拉伸强度与比重的比值，即我们所说的“比强度”是钢材的几十倍，轻质高强的特点十分突出。它们的拉伸模量与比重的比值，即我们所说的“比模量”也明前高于钢材。CFRP的比模量是钢材的10倍，AFRP的比模量是钢材的2~3倍。除上述提到的种类外，还有一种叫做混杂复合纤维(hybridfiber简称HFRP)，它是由两种或两种以上不同纤维、不同基体、不同形状的纤维材料混合加工而成的。混杂纤维兼具各组成成分的优点。

总之，与钢材等传统的加固材料相比，FRP材料具有明显的优势，具体体现在以下几个方面：（1）比强度较高，即具有轻质高强特性。与传统的钢材加固相比，采用FRP材料能有效减轻结构自重；（2）耐酸、耐碱、耐潮湿、抗疲劳性能好；（3）可设计性强，通过使用不同类型的纤维材料、含量和铺设方向设计出不同强度指标、弹性模量以及其它特殊性能要求的FRP产品，满足不同角度的需求；（4）具有良好的线弹性性能，应力应变曲线接近线弹性；（5）具有易于加工、运输及储藏等优点，FRP的成型产品还特别适合工业化施工，这极大提高了加固工程的质量、促进了劳动效率和建筑工业化。虽然如此，FRP材料也有其不足之处。如材料各向异性导致其受力性能不均匀，弹性模量较低及抗火性能差也限制了其应用。

2FRP材料在土木工程中领域的应用

2.1作为结构材料

1942年，美国海军首次采用GFRP材料制作雷达天线罩，这是FRP首次作为结构材料使用。二十世纪五六十年代，FRP的应用逐渐转向于民用建筑领域。1961年，英国工程师采用GFRP制作某新建教堂的尖顶；1968年，英国工程师在某港口城市建筑某个建筑物的弯顶时，由于当地空气中氯盐含量较高，对建筑物有很大的腐蚀作用，采用了GFRP板和铝质骨架；1971年，英国利物浦建成了一座跨径10米，宽1.5米的GFRP连续梁桥。

我国对FRP的研究始于上世纪五十年代末期。1958年，有学者研究在混凝土构件中使用玻璃纤维束替代钢筋。到二十世纪七八十年代，FRP在建筑结构中的应用越来越多。1972年，云南省某地建造的一个球形雷达天线罩，该天线罩全部采用GFRP材料制作而成。1982年，北京建成一座GFRP蜂窝箱梁公路桥，该桥跨径20.7米，为世界第一座使用FRP材料建筑的公路桥。在此之后，FRP在土木工程结构中的应用实例越来越多。但是，绝大多数的应用实例都是将FRP应用在附属性、临时性的构件，属于尝试性的。

近年来，随着FRP材料生产技术的不断更新与发展，其在建筑结构领域中的应用也越来越广。截止到目前，诸如FRP建筑结构、FRP桥梁结构等FRP材料在土木工程领域中的应用实例在全国各地随处可见。

2.2作为加固材料

结构的主要受力构件使用FRP材料，在减轻结构自重方面的优势十分突出。但是，以现有生产工艺大面积制造大尺寸FRP构件的成本较高，想在短时间内以FRP材料大面积替换传统建筑材料的可能性不大。近十几年来，全世界范围内的发生几次大地震后，建筑结构修复补强的需要越来越多，而传统的加固方式存在着难以克服的问题。这就给利用FRP材料加固补强建筑结构的相关技术提供了很好的工程背景。目前，针对FRP材料在结构加固领域中的研究和应用已经成为了目前学术界的一个研究热点。上世纪八十年代初，日本率先开始研究使用FRP材料加固补强老旧建筑物，特别是对老旧建筑抗震性能的加固与补强进行了细致的研究。上世纪九十年代，欧美发达国家相继开展了FRP加固技术的研究。美国率先将FRP应用于桥面板加固补强中。在欧洲，瑞士和德国最早开展FRP材料加固钢筋混凝土柱的抗震性能研究。英国、意大利、荷兰等国家也针对FRP加固技术进行了广泛的合作研究计划。截止至目前，利用FRP的补强技术在欧美、日本等发达国家已近成熟，并形成了自己的设计和施工准则。

我国的碳纤维加固修补混凝土结构技术起步于上世纪九十年代。但自1997年以来，国内各高等院校、科研院所也积极开展了相关的科研工作，取得的研究成果十分丰硕。中国建筑科学研究院等对FRP加固混凝土结构的相关理论、技术进行了系统的研究。清华大学等对CFRP加固各类结构的承载力及影响因素进行了细致深入的研究。东南大学、华中科技大学等对混凝土框架节点粘钢加固及抗剪承载力进行了研究，提出了承载力的计算公式。沈阳建筑大学等对FRP加强钢管混凝土柱结构的力学性能进行了深入研究。

3结语

随着技术的向前发展，利用FRP加固的新方法已经从工业与民用建筑的加固修复发展到加固桥梁、隧道、水利工程以及其他特种结构的加固修复。FR材料在土木工程加固领域中有着非常广阔的应用前景，但关于FRP加固建筑结构的基本理论和设计方法的仍存在许多不足，在这方面的科研工作需要较强。但是，FRP材料作为一种新兴的材料，其在建筑结构加固领域中的应用优势是不可忽视的，它在土木工程加固领域中的应用定会越来越广泛。

作者：彭明雪单位：中铁航空港集团杭州分公司