广州大学土木工程学院 广东广州 510006
摘要：日常建筑生产活动过程中，因使用不当、环境因素、维护难度大等原因而导致混凝土材料、钢筋等建材造成大量的浪费，随着不良使用时间的推移和社会各方面的发展，钢筋混凝土结构的缺陷和局限性日加明显，其中最难以解决的问题就是钢筋的腐蚀问题。于是研究者们试想能否通过利用新型复合材料来代替钢筋的实际使用，一方面既保证了代替钢筋正常工作的安全使用，另一方面还能解决易腐蚀、浪费严重等问题。国内外学者都提出了众多解决办法，其中其中采用纤维塑料筋（Fiber Reinforced Polymer bar，简称FRP筋）代替或部分代替普通钢筋能很好的解决钢筋锈蚀问题。
关键词：FRP；应用前景；优缺点；
1、FRP筋的研究与发展
纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer/plastic，简称FRP）是由纤维材料与基体材料按一定比例混合并经过一定工艺复合形成的高性能新型材料。复合材料由增强材料和基体构成，根据复合材料中增强材料的形状，可分为颗粒复合材料、层合复合材料和纤维增强复合材料等。目前工程结构中常用的FRP主要为碳纤维（carbon fiber）、玻璃纤维（glass fiber）和芳纶纤维（aramid fiber）增强的树脂基体，分别简称为GFRP、CFRP和AFRP，另外，取材于天然玄武岩矿石，且具有自主知识产权的玄武岩纤维筋（BFRP筋）也正得到大力的推广应用；
我国于1958年就开始探索在混凝土构件中用玻璃纤维束代替钢筋。到20世纪70~80年代FRP在结构工程中的应用与研究逐渐增多。1972年在云南建造了一个直径为44m的球形GFRP雷达天线罩；1982年在北京密云建成一座跨径20.7m的GFRP蜂窝箱梁公路桥，设计荷载等级为汽-15、挂-80，并进行了现场荷载试验，该桥为世界上第一座FRP公路桥[4]。此后，FRP，尤其是价格比较便宜的GFRP（俗称玻璃钢），在工程结构中的应用越来越多。但这些应用大多数都是附属性、临时性的构件，FRP材料的优越性能没有得到充分发挥，即使用FRP作为结构材料也多是尝试性的，没有形成规模。同时，多数的结构工程师不了解FRP材料，也大大限制了它的应用和推广。
2、FRP筋的性能介绍
（1）FRP筋的优点
①抗拉强度高。FRP筋的极限抗拉强度均明显高于普通钢筋，大致是普通钢筋的5~8倍，对FRP筋采用加工后，其极限抗拉强度与高强钢丝相近。
②抗腐蚀性能和耐久性能好。FRP筋的组成材料都属于有机高分子化合物，化学性能均相对稳定，抗腐蚀性能十分好。
③质量密度小，自重轻。一般的FRP筋密度仅为普通钢筋或是钢绞线的25%左右，采用FRP筋可明显减轻结构自重，其优势在大跨度结构中充分凸显。
④抗疲劳性能好。正常使用环境下FRP筋的抗疲劳性能要优于普通钢筋，是种较好的抗震耗能材料。
⑤FEP筋的热膨胀系数与混凝土相近。当环境温度变化时，FRP筋与混凝土能协同工作，两者间不会产生较大的温度应力。
⑥具有很好的可设计性。FRP属于人工材料，可以通过使用不同的纤维材料、纤维含量和铺陈方向设计出各种强度指标、弹性模量以及特殊性能要求的FRP产品。
（2）FRP筋的缺点
①抗剪强度低。FRP筋的抗剪强度不超过其抗拉强度的10%，故FRP筋很发生剪切和弯折破坏。因而在多数情况下，FRP筋受弯构件在破坏时FRP筋的高抗拉强度优秀并没得到充分展示。
②弹性模量小。FRP筋中的最大弹性模量值约为普通钢筋的25%～70%。因此，在相同荷载作用下，采用FRP筋的结构将产生比普通钢筋混凝土结构更大的裂缝和变形。
③热稳定性差。对于FRP筋的热膨胀系数而言，横向较大，纵向较小。因此对于在一些对温度有特殊要求的环境中使用时，会产生较大的纵横变形差，从而影响结构的正常使用。
④易老化。当配有FRP筋的结构在较差环境中长期承受较大荷载作用时，FRP筋的组成材料会产生徐变而引起FRP筋的破坏。
3、FRP筋的应用前景分析
而为克服FRP筋存在的缺点和不足，研究者们常常将FRP材料与其他材料想结合而构成复合材料来增强FRP的可实用性，常用的纤维增强筋有玻璃纤维筋（GFRP筋）、碳纤维筋（CFRP筋）和芳纶纤维筋（AFRP筋）。考虑到性价比，工程中采用较多的是GFRP筋。对比这其中几种FRP系材料与一般钢筋混凝土材料，可以得出以下一些结果：通过控制结构在1/200的允许最大挠度限值条件下，观察几项实验数据对比后发现FRP筋混凝土梁的荷载只能取到约40kN，是极限荷载的约40%。而一般钢筋混凝土梁却能达到屈服，极限抗弯能力近乎可发挥90%。由此可见，其一般钢筋混凝土结构较FRP筋材料有较高的使用率；同时还说明了，在一般情况下，FRP筋混凝土梁的截面配筋应由正常使用极限状态控制，而非承载力极限状态。故而，FRP筋混凝土梁截面抗弯刚度的准确计算显得尤为重要。再继续对比上述几类试验梁在使用荷载（取30%～40%的极限荷载值）下沿梁跨的挠曲线分布形式及其实验数据分析可知，FRP筋混凝土梁的挠度要明显大于钢筋梁。在M=0．3Mu时，跨中挠度是钢筋的2．5～3倍。在M=0．4Mu时，跨中挠度是钢筋梁的2．7～3．2倍。由此可以看出对于FRP筋混凝土梁，使用荷载下的挠度验算往往是决定截面配筋的关键因素。
目前FRP材料在土木工程的应用方式主要有：旧有结构的修复与加固；替换钢筋或钢管直接应用于新建结构中。梁板柱是建筑物的基本构建，首先想到需要修补和加固的部位非这三者莫属，采用FRP对受损混凝土梁板柱进行修复加固是非常有效的途径之一。可见FRP在实际工程具有良好的发展前景。
4、结论
FRP在日后发展的可观性、实用性，其发展前景不可小看，就目前发展现状趋势看，许多欧美发达国家都在积极研究开发和应用FRP复合材料，已然成为十分活跃的领域。纵观FRP的优缺点对比分析，可以看出其优点较缺点更具代表性，当然FRP的缺点始终不可忽视，也是今后努力的改进的方向。FRP作为一种高性能材料以其轻质高强、耐腐蚀、耐久性能好、施工便捷等性能特点，必将成为各类道路、桥梁、民用建筑结构的养护、检测和维修的必要补充材料，并得到广泛应用，给我国的建筑经济领域带来不可忽视的综合效益。
就发展领域而言，作者认为还可以继续探索更多的应用领域，结合FRP的相关优点以及环境许可条件的综合因素进行考虑，可以奇思妙想地想到地下、陆地和天上，是否未来能在探索宇航事业等领域方面进行发展，还需一定的时间和技术支承发展。
就FRP复合材料的性质研究而言，还不是很全面，目前，国内针对FRP就耐火性能、化学反应优劣等问题还没有很成熟的研究结果，而有关FRP结构防火设计方面的规定也还不是很全面，许多规范针对这一要点都暂且缺乏科学的论断和统一，致使现实生活应用中结果都偏于保守而造成浪费。因此，针对FRP复合材料的性质进一步深入研究也将会迫切地成为此研究方向的重点，一旦对此能有深入的了解后，将会给日后的现实生活带来重大的效益和实用意义。
就推广及制作成本而言，国内就FRP符合材料的设计规程制定得还不是很全面，许多因素导致现实工程应用起来显得较为复杂，在推广力度上还尚处于质量待验证阶段，没有相关明确的国家及国际政策支持，此外，尚应编制便于FRP实际应用的分析软件和设计软件，为在实际工程中更为合理地推广应用FRP创造条件，从而显得推广范围有限，成本造价及制作工艺方面也有一定复杂的讲究，暂时还没能普及大部分应用工厂化生产，而且可行性研究的FRP类相关产品造价成本偏高价格起伏不定，进一步使得推广受限。