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摘要：首先介绍了复合材料FRP的特性优势，包括轻质、高强、抗腐蚀、耐疲劳性及稳定性优良等，当前其已成为砼、钢筋等传统结构材料的一种重要补强材料。文章介绍了复合材料FRP的基本特性，总结其在桥梁施工、补强加固中的应用情况，预测其发展前景及存在的主要问题。
关键词：桥梁工程；复合材料FRP；补强加固；前景预测
引言
纤维增强复合材料（FRP）是航空、国防等高科技领域中的常用材料之一，在上个世纪下半叶，伴随FRP制造成本逐渐走低，其逐渐被用于其他领域中，比如各类工民用建筑、桥梁工程及管道等特种结构内，塑造了新产业，对世界上很多国家基础设施建设、发展起到一定引领作用，起到了加固补强、围护防腐等作用，越来越多的工程建设企业肯定了FRP材料的优越性，国外很多建筑企业将其用在了新建桥梁领域，甚至是大跨度桥梁内。
1、复合材料FRP特性
玻璃纤维、碳纤维和阿拉米德纤维等均是常见的FRP材料，其主要特性有[1]：
（1）抗拉承载能力较高，以上三种纤维材料的抗拉强度都是普通刚劲的4倍有余；在FRP材性试验中观察以上材料的破坏形态，发现FRP在抵达抗拉强度前，基本上没有出现塑形形变，和普通钢筋相比其在这方面不占优势；
（2）FRP材料密度相对较小，故而用FRP制成的构件自重较轻，不足钢材的25%，有助于提升这种材料施工过程的便捷性，短缩吊装时间，提升施工效率；
（3）弹性模量相对较小，以上三种FRP的弹性莫两方和普通钢筋相比较缩小了30%~75%；：（4）FRP材料的热膨胀系数和砼较相似，在气候环境变化的工况下，FRP材料能和砼协同工作，以防两种建材形成温度应力，影响整个结构。
2、FRP在桥梁施工中的应用
（1）墩体施工：日本是世界上应用FRP材料代替钢筋砼开展桥梁施工活动额度国家，具体实践中将所有传统钢筋用FRP材料砼取代，被其作为龙骨进行建设，砼形成后的应力标准提升了约40%，特别是在非硬性应力承载、形变指标上更占优势。将FRP材料用于现代桥梁项目建设领域中，能显著提升结构的抗拉伸、抗应力，但在刚性、冲击形变方面不占优势。故而用其取代传统钢筋作为砼龙骨时，应给予桥梁应力及刚性部分较高重视，也可以采用和钢筋相配合的方式建设。在悬索桥、斜拉桥等特殊应力结构桥梁施工阶段，FRP凭借自身在延展性、抗拉性方面占据的优势，能显著优化拉索与锚碇结构的建设效果。
（2）外层施工：围层是当下桥梁特种砼施工中的常用方式。FRP材料的围岩体系施工是围岩施工中关注的重点内容。一是因为FRP自重较轻，便于围层建设；二是FRP结构的龙骨能和其他砼局部良好吻合，规避不同砼之间连接刚性问题引起的脱落等现象[2]。
（3）桥面施工：可以应用FRP材料建设龙骨网络，而后进行浇筑去建设功能完善的桥面系统，能使FRP材料将自身优势充分发挥出来。和传统砼桥面相比较，FRP建成的桥面的耐磨性提升70%左右，且形变量显著低于传统砼。
3、FRP用于桥梁补强加固领域
为恢复与增强既有桥梁工程的承载能力，可以选用环氧树脂粘贴复合材料板去加固现有砼桥手拉侧，有施工过程简单、加固成本低、不降低桥下净空、加固材料不会带来较多恒载等优势，且能在不影响或少影响交通的情境下进行加固操作，还消除了运输长度对粘贴钢板的限制、钢板锈蚀引发的钢板和砼梁之间黏贴层局部受损。Kaiser、Saadatmamesh、Ehsani等研究了复合材料加固现有砼的效果，发现利用先进复合材料代替钢板加固砼梁能够节省资金25%。
粘贴复合材料板以后的砼梁，平而假定依然是成立的，砼的剪切裂缝可能造成粘贴板掉落，确保胶粘剂性能达标和施工质量是粘贴复合材料板施工阶段应着重考虑的问题，采用环氧树脂粘贴玻璃布构建的玻璃钢，能够明显强化粘贴梁的抗弯刚度。国内在该方面在该方面已经进行较长术后时间的研究，尝试用于实际工作中，但客观的讲其发展并不迅速。
云南海孟公路巍山河桥是5孔二梁式钢筋砼悬臂梁桥，因为长时间超载运营，主、副梁及桥面铺装等位置都出现了宽0.1mm~0.3mm裂缝，并且有发展的趋势。1980年，将单高强钢丝并夹在主梁底粘贴玻璃布，控制粘贴层总厚度8mm。加固施工前后均进行了荷载试验研究，主梁跨中桡度减少23.7%。
1987年德国将复合材料板用在特布西桥补强施工领域中，本桥梁是2片以后张预应力7跨连续箱梁。因为梁体的腹板配筋相对较少，在夏季高温作用之下连接点位置形成了宽度相对较大的裂缝，用钢板（10mm×100 mm×3000mm）与CUFRP板（150mm×30mm×3200mm）进行粘贴加固补强处理。对比加固前后的试验检测结果：采用以上两种建材加固，能使桥梁内部应力水平降低30%以上，桥梁刚度显著增加[3]。
应用粘贴CFRP板去加固施工桥梁，1991年7月第一次将其用在瑞士伊巴赫桥上。已知本桥是多跨连续箱梁，总长228 m，腹板的数根预应力筋被割断，受损的桥跨长39 m，原计划应用175 kg钢板去恢复桥梁的承载能力，而后调整使用了CFRP板进行补强使。具体采用了2块1.75×50×5 000 CFRP板与1块2×150×5000 CFRP板，CFRP板总重6.2kg。虽然CFRP板的重量、价格大概是钢材高的9倍，但CFRP和钢材的等功能开销基本持平，利用CFRP板加固桥梁更简易，能够显著减少劳动成本。
4、FRP复合材料的应用前景
首先，建设桥梁工程时选用的复合材料，应参照桥梁位置及结构的差异，选择适宜的树脂与纤维品种，比如耐水型、耐热型树脂分别适用于潮湿、高温环境内。对于建设在特殊环境下的桥梁，利用不同材料加固修复桥梁的不同位置，甚至同个位置的不同层次运用差异化建材处理。
其次，突破传统意义上的“选材”，真正实现对负荷材料的“设计”，借此方式消除复合材料自身弹性模量相对较低的不足，从提升材料的几何刚度（I，Ip）至提升材料的结构刚度（EI，EIp），能较好的弥补复合材料在物理刚度方面存在的不足，故而应选择适宜的纤维取向、应用蜂窝夹心板组合箱梁结构等，能较明显的改善材料E、G量值或解除板材内的剪应力[4]。
最后，将复合材料用于桥梁建设领域中，应关注其老化问题。复合材料老化方式较多，以大气暴晒、水浸泡、库存及化学腐蚀等较常见。在缺少保护的情境下，玻璃老化40年以后抗拉、抗压指标降低50%左右，故而应尝试在材料表面布设防老化层、刷浆等方法，进而确保玻璃钢复合材料桥梁复合工程设计使用寿命。
结束语
FRP复合材料并不是万能型材料，尽管其在剪切强度、刚度、容易老化等方面不占优势，但是以上不足不会成为研究使用这种材料的“绊脚石”，可以通过完善材料设计的方法去缓解或解除，也可以采用结构或构造办法去处理，进而全面提升复合材料在桥梁建设领域中的应用效果，创造出更大效益。
参考文献：
[1]郑植，耿波，袁佩，等.桥墩FRP复合材料防撞套箱蝴蝶型连接结构可靠性研究[J].振动与冲击，2020，v.39；No.357（01）：289-296.
[2]魏娟.复合材料FRP作为绿色建筑材料的应用分析[J].绿色环保建材，2019，78（8）：123-124.
[3]欧盈.浅谈FRP与木板间的复合[J].中国战略新兴产业：理论版，2019，000（012）：1-1.
[4]陈文宝，魏志松，张航，等.BIM技术在装配式桥梁工程中的应用[J].北京交通大学学报，2019，43（04）：12-13.