FRP复合材料在桥梁工程中的应用与发展

汤洪雁，王秀艳

（天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

FRP复合材料在桥梁工程中的应用与发展

汤洪雁，王秀艳

（天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

FRP材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，对于解决目前桥梁工程中存在的问题具有重要意义，对FRP材料在桥梁中的应用现状进行总结，并对其应用前景进行了展望。

FRP；复合材料；腐蚀；劣化

1　FRP材料在桥梁中的应用背景

1.1传统桥梁存在的问题

近年来，钢筋混凝土结构和钢结构的腐蚀、劣化问题日益严重，其中以钢材锈蚀最为常见，这不仅影响到结构的正常使用和寿命，还造成了大量的安全隐患，见图1。

图1　传统桥梁腐蚀情况

桥面板直接承受轮压荷载和环境荷载，是受超载、腐蚀、疲劳等不利因素影响最直接的构件，传统的钢筋混凝土桥面板和钢桥面板在恶劣的环境下会很快锈蚀、开裂、剥离，甚至塌陷（见图2），造成了巨大的经济损失。

图2　桥梁超载事故

随着人们对日常交通通行需求的不断提高，对桥梁的架设速度、长期可靠性、抗超载和抗疲劳等性能提出了更高的要求。因此，探索采用新的有效和可靠的建筑材料来代替传统材料，发展和建设具有长期耐久性、能实现低维修且快速施工的桥梁结构已迫在眉睫。

1.2FRP材料特性

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer/ Plastic，简称“FRP”）应用于桥梁工程中具有众多优势，如：自重轻，恒载小，相对承载力高；可设计性强，适合于工厂预制；抗腐蚀能力强；耐超载；易安装，施工快捷，运输方便等。近年来，FRP加工成型技术快速发展，拉挤、缠绕、RTM（树脂传递模塑）、真空导入等工业化成形工艺可制造尺寸较大的、具有稳定性能的标准化FRP构件（见图3），为FRP桥梁大量应用提供了基础条件。目前，FRP在新建桥梁中的应用形式包括FRP桥索、FRP桥面板、FRP组合梁以及整体结构中主受力构件采用FRP型材等桥梁结构型式。

2　FRP材料在桥梁中的应用现状

FRP材料在国外应用比较成熟，迄今为止，美国已修建FRP桥梁两百余座，欧洲为七十余座。国内对FRP桥梁的研究工作起步较晚，已建成约十座FRP桥梁。

图3　标准化FRP构件

2.1FRP材料作为桥梁主体结构的应用

FRP复合材料桥梁可以设计为梁桥、桁架桥、斜拉桥、悬索桥、拱桥等基本桥型，已成功应用于人行桥及车行桥。以国内为例，FRP材料作为桥梁主体结构，已应用于主梁、斜拉索、主桁架等桥梁关键部位，见图4。

图4　国内已建FRP桥梁

2.2FRP材料作为装饰结构的应用

由于FRP材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，经常用于桥梁装饰结构及附属结构，以天津为例，FRP材料已应用于多座城市景观桥梁工程，如奉化桥的花瓣、富民桥的栏杆及赤峰桥的主塔外装饰等，见图5。

天津为寒冷地区滨海环境，采用FRP装饰材料可有效抵抗除冰盐和空气中盐分的腐蚀，降低维护费用，并延长使用寿命。

3　FRP桥梁的发展前景

3.1现行规范研究情况

目前，美、日、欧等国已经具有相对完善的FRP型材标准及结构设计规范，但尚无施工及验收规范，工程运作以型式试验、现场专家评审等方式进行。

我国相关国家标准有《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》（GB 50608-2010），但其中并未包含FRP桥梁的内容，且尚无类似地方标准。目前，FRP桥梁的设计遵循现行公路、城市桥梁设计规范，工程运作同样以型式试验、现场专家评审等方式进行。

图5　FRP材料在城市景观桥梁中的应用

3.2发展前景

（1）经济效益

FRP桥梁材料成本高于传统钢或混凝土材料，但其施工成本降低，后期维护成本大大降低，架设速度加快，架设难度降低，使其全寿命成本较低。随着相关技术的逐步成熟以及其在耐久性及施工方面的优势，在近海跨海工程、城市桥梁、公铁跨线桥、移动开启桥、战备应急桥梁等领域具有广阔的应用前景。

（2）社会效益

a.FRP桥梁良好的耐腐蚀性及抗疲劳性能使得其在近海、跨海工程总具有非常强的竞争力。

b.FRP桥梁少维修的特性，可大幅减少因桥梁大修引起的临时封桥。

c.预制及快速架设特性，可很好地解决城市桥梁建设引起的拥堵问题。

d.复合材料桥梁空气污染和水污染均小于钢筋混凝土桥梁，与钢结构桥梁相当，且可回收利用，环保性好。

e.适于灾害或突发事件中的交通快速恢复、军事机动等。

随着国家可持续发展政策的深入实施，FRP桥梁巨大的经济、社会效益使其成为桥梁工程发展的重要方向，同时也是复合材料工业的新增长点。

U444

B

1009-7716（2016）03-0182-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.052

2015-11-25

汤洪雁（1973-），男，天津人，正高级工程师，从事路桥设计工作。