摘要： FRP材料近年来在混凝土结构中得到了广泛的应用，对其进行的大量研究和实践应用取得了良好的效果，受到国内外工程界的广泛关注。介绍了FRP材料的类型、加工成型办法、材料特点，特别是其在桥梁与隧道工程中的应用以及存在问题，并展望了FRP材料的发展应用前景。
关键词： 桥梁隧道工程；FRP材料；应用
1 FRP材料简介
FRP，是Fiber Reinforced Polymer的缩写，意为纤维增强塑料，是对胶合后的连续纤维材料经过一定的加工工艺后而组成的复合材料。相对于早期的加固方法，FRP由于具有轻质、适用面广、高强、抗疲劳、耐腐蚀、耐久性好和易加工等优良的技术特点，近年来，已经越来越多地应用在土木工程领域，尤其是结构的补强加固领域中。
1.1 FRP的工作原理
在桥梁加固工程中，FRP的工作原理与钢筋混凝土材料的工作原理基本相似，只是将结构内部的钢筋转变为结构外部粘贴的FRP。这种材料的加固原理是利用专用的树脂类黏结胶，将FRP材料粘贴在待加固的桥梁结构表面，使纤维材料、树脂胶与结构有机地结合起来，形成一个完整的结构体系来共同承受荷载。FRP的高强度抗拉性能，能够有效提升被加固结构的承载力及抗震能力。研究证明，FRP的桥梁加固作用，可以使被加固结构的抗弯承载力提高60%以上，使被加固结构的抗剪承载力也得到同样的提升。
1.2 FRP的优点：
（1）FRP的密度较小，在同等直径下，FRP的重量只有钢筋材料的五分之一，甚至更小。
（2）FRP具有良好的抗拉强度，其中FRP筋的抗拉强度要比普通钢筋高很多。FRP的应力一应变曲线始终是直线，不存在明显的屈服台阶。
（3）FRP具有良的抗疲劳性能，其中碳纤维复合材料与芳纶纤维复合材料的抗疲劳性能要比钢筋高出许多。
⑷FRP的耐腐烛性能非常好。
1.3FRP的缺点：
（1）由于FRP是一种脆性材料，因此其抗冲击初性较低。
（2）FRP缺乏相应的塑性转动能力，不能进行弯矩重分布。
（3）FRP筋的弹性模量与钢筋相比，大约是钢筋的25%~75%，如果将FRP应用于混凝土结构当中，如果不施加预应力，就会对结构挠度产生很大的影响。
（4）通常FRP的横向承载力都比较低，比较容易被剪断。
（5）在持续的高荷载作用下，FRP还存在徐变断裂破坏的可能性。
（6）由于FRP的生产工艺比较复杂，且目前的应用还处于探索阶段，因此，生产成本相对较高。但是随着应用技术的不断成熟，其成本也存在很大下降空间。
2 FRP材料在桥梁工程中的应用
2.1 桥梁结构加固与改造
在一些桥梁结构改造工程中，采用FRP材料不仅便于施工，而且对桥梁承载力的改善效果十分明显，并且具备较强的抗腐蚀性能。通常桥梁加固时多采用FRP布或者FRP板材，其可以受弯提高桥梁的强度。需要注意一点，在进行钢桥的维修加固过程中需要注意，结构中的钢、碳可能发生电反应，因此要采取相应的预防措施；并且选择FRP材料时要注意其弹性模量要与设计要求相符。
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2.2 代替普通钢筋
在一些侵蚀性环境条件下，可以利用FRP较好的耐腐蚀性来取代普通钢筋作为结构的增强筋，提高结构的耐腐蚀性，比如钢筋混凝土梁或者桥面板中均可以采用FRP筋作为主受力筋。在实际应用中，FRP与混凝土之间的粘结性是FRP混凝土结构需要注意的关键点，通常在FRP拉挤成型时需要对其表面进行特殊的变形或粗糙处理，才能提高FRP与混凝土的粘结力，处理方法包括压痕、粘砂或者纤维缠绕形成螺纹等。具体而言，影响FRP与混凝土粘结性能的主要因素包括FRP的表面变形形式、混凝土保护层的厚度、混凝土的强度以及FRP构件的直径与埋长等等。
2.3 用于预应力混凝土结构的预应力筋
对FRP施加预应力不仅可以将FRP的材料特性充分发挥出来，而且在FRP混凝土梁的抗裂度与刚度均能得到有效的改善。在实际应用中主要有体内与体外两种预应力梁筋，其中如果混凝土结构截面不易布置过多的体内预应力筋，或者需要应用FRP筋进行加固时，可以采用体外预应力技术。但实际应用中，仍以体内预应力筋的应用为主。
2.4 应用于缆索承重桥梁的受力构件
一些缆索承重桥的主缆、斜拉索以及吊杆等缆索通常设置在梁体外部，这类结构长期、持续的处于高应力状态，所以会产生应力腐蚀，采用传统的加强防护措施固然可以在短期改善缆索的耐久性，但是治标不治本；而采用FRP材料，由于其具备良好的耐久性与抗疲劳性，因此可以从根本上解决问题。此外，因为FRP材具备较高的强度，所以将其用于缆索承重桥梁的主缆或者拉索，还可以有效改善桥梁的承载效率与跨越能力。
3 FRP在隧道工程中的应用
在隧道工程中FRP的应用主要有以下几个方面：首先，FRP格栅，FRP格栅不仅耐久性能强，而且质量轻、强度高，因此便于施工且效果好。在隧道加固工程、新建结构中FRP格栅均得到了广泛的应用，其与锚杆配合使用，可以对围岩变形起到较好的控制作用。其次，FRP用作隧道结构的受力筋。在隧道工程中，无论采用哪种设计方法，隧道主体结构均不可避免的要处于环境条件十分恶劣的围岩中，相应的腐蚀问题也非常突出。针对这种情况如果采用FRP材料作为主结构的受力筋，由于其具备良好的耐腐蚀性，所以可以较好的解决该问题。不过也存在一定的问题，因为FRP的弹性模量不高，所以FRP混凝土构件可以存在变形或裂缝过大的问题；并且无法在施工现场进行FRP筋弯钩或成型的制作，因此施工过程比较不便。最后，FRP感知性能的应用，FRP不仅具备良好的力学性能，其还具备相应的功能材料的感知性能，所以其不仅可以用于结构的受力筋，还可以作为传感器使用。例如CFRP筋在受力变形过程中，其电阻会发生变化，体现出其感知特性。如果在隧道结构功能检测、监测方面将FRP材料的这一特性充分利用起来，不仅可以将结构的实际受力情况准确的反映出来，而且也免去了后期人为控制的不便。
4FRP应用展望
随着经济高速发展和技术飞速进步，传统建筑材料很难满足这种发展要求。FRP 复合材料，具有轻质、适用面广、高强、抗疲劳、耐腐蚀、耐久性好和易加工等多种优点，在一些比较重要的土木工程中具着巨大的优越性，将会极大地推动现代土木工程的技术进步.它还将为现代复合材料产业开辟出巨大的应用市场，因而具有非常广阔的发展应用前景。
结语
综上所述，随着科学技术的快速发展，FRP加固新方法的运用已经从工业和民用建筑的加固修复发展至桥梁、隧道及其他特征结构的加固修复中。FRP材料在桥梁加固中存在极为广阔应用前景，但在FRP加固中，基础理论和设计方法仍有较多不足存在，但在该方面会有较强的科研工作。但是，作为一种新兴的材料，FRP材料在结构加固中的作用不可忽略
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论文作者:张超
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/4
标签：结构论文; 材料论文; 桥梁论文; 预应力论文; 隧道论文; 缆索论文; 钢筋论文; 《基层建设》2017年第24期论文;