■袁 明 ■湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410132

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，交通運(yùn)輸業(yè)也得到了迅速發(fā)展，而公路橋梁在交通運(yùn)輸中扮演了重要的角色，是交通運(yùn)輸中的生命線。很多橋梁是按照舊的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的，為了滿足交通運(yùn)輸?shù)男枨竺婧艽笠徊糠中枰M(jìn)行加固。在現(xiàn)在橋梁主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)，將纖維復(fù)合材料與代替或者部分代替鋼材可以建造大跨且自重較輕的結(jié)構(gòu)。

1 纖維復(fù)合材料的分類及特性

1．1 纖維復(fù)合材料類別

纖維復(fù)合材料主要由玻璃纖維復(fù)合材料(GFRP)、碳纖維復(fù)合材料(CFRP)、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(AFRP)等，在加固時(shí)，對(duì)于不同的施工環(huán)境與受力性能，可以選擇不同類型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

1．2 纖維復(fù)合材料的性能

纖維復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)有:(1)纖維復(fù)合材料具有比鋼材高出十幾倍的抗拉強(qiáng)度，一般為1400～2000MPa，順纖維方向其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)大于普通鋼筋，接近高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋。所以纖維復(fù)合材料是一種輕質(zhì)高強(qiáng)的新型復(fù)合材料。(2)纖維復(fù)合材料抗疲勞性能優(yōu)良，據(jù)試驗(yàn)表明，金屬抗疲勞強(qiáng)度為其拉伸強(qiáng)度的一半左右，而纖維復(fù)合材料的抗疲勞強(qiáng)度能達(dá)到其拉伸強(qiáng)度的百分之七十到百分之八十。(3)纖維復(fù)合材料抗、減震性能好，不易出現(xiàn)早期共振，同時(shí)震動(dòng)阻尼也很大，但是激起震動(dòng)后，衰減也很快。(4)傳統(tǒng)的建筑材料不耐腐蝕，尤其在海岸工程中，較易發(fā)生腐蝕德的現(xiàn)象，纖維復(fù)合材料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕能力，用它制作的設(shè)備或構(gòu)件具有良好的耐酸、堿等化學(xué)介質(zhì)侵蝕的能力非常強(qiáng)。(5)具有一定的欣賞價(jià)值，纖維復(fù)合材料是柔軟的，樹(shù)脂也是可以流動(dòng)的，其產(chǎn)品的形狀幾乎不受限制，還可以任意著色，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)形式和材料美學(xué)的高度統(tǒng)一。

纖維復(fù)合材料也有一定的缺陷:(1)各向異性導(dǎo)致材料的方向性差異很大。(2)材料成本較高，不利于推廣。(3)某些成分的復(fù)合材料防火性能不好，要注意防范。

2 纖維復(fù)合材料在公路橋梁中的應(yīng)用

2．1 在橋梁建造中的應(yīng)用

在建筑行業(yè)，混凝土是一種不可或缺的材料，一般多以鋼筋配合使用，但由于鋼筋本身易受酸堿作用容易腐蝕，而影響結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性，甚至對(duì)混凝土造成破壞，因此有必要尋求新的產(chǎn)品。纖維和復(fù)合材料與混凝土結(jié)合，代替或者部分代替鋼筋，將會(huì)使這一情況得到大大緩解。在橋梁工程中，由于橋梁的安全性、適用性、耐久性、施工要求和檢查維護(hù)要求方面的需求等等，橋梁結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn):荷載比較復(fù)雜，工作環(huán)境差，使用期限長(zhǎng)，制約條件，工程量較大。由于這些特殊要求使得復(fù)合材料能夠在橋梁工程中具有更好的應(yīng)用前景。

大跨度結(jié)構(gòu)的橋梁是社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求之一。由于鋼材和混凝土的自重較大、強(qiáng)度有限，隨著跨度的增大，自重的影響也會(huì)增大，自重增大又要求增大截面，截面變大又會(huì)增加自重，陷入惡性循環(huán)。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和材料缺陷將難以適應(yīng)大跨度的需要。FRP因其高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于建造大跨度的橋梁來(lái)說(shuō)被認(rèn)為是比較理想材料。雖然目前還僅處于研究開(kāi)發(fā)的階段，但超大跨度橋梁將是FRP橋梁的重要發(fā)展方向。

目前我國(guó)復(fù)合材料橋梁的發(fā)展面臨著機(jī)遇，但也存在大量的技術(shù)問(wèn)題亟待解決:(1)復(fù)合材料橋梁還需要通過(guò)工程化與生產(chǎn)化的合作，進(jìn)行更加深入的研究與開(kāi)發(fā)。(2)針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料施工工藝及其施工質(zhì)量的控制仍需進(jìn)一完善。(3)復(fù)合材料長(zhǎng)期的徐變變化和在較高溫環(huán)境下的長(zhǎng)時(shí)間工作性能還有待進(jìn)一步的探索。

此外還存在一些非技術(shù)問(wèn)題:(1)造價(jià)是影響復(fù)合材料橋梁應(yīng)用的首要問(wèn)題。復(fù)合材料橋梁具有初期造價(jià)高、但綜合效益好的特點(diǎn)，需要通過(guò)正確的市場(chǎng)推廣，拓寬應(yīng)前景。(2)工程界對(duì)復(fù)合材料認(rèn)識(shí)不夠，相關(guān)的施工技術(shù)未普及。(3)另外，相關(guān)的規(guī)范條文不明確。

2．2 在橋梁加固中的應(yīng)用

在橋梁加固工程中，其工作原理與鋼混結(jié)構(gòu)的工作原理基本相同，只是將結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)外部的纖維復(fù)合材料。這種材料的加固原理是利用專用黏結(jié)膠，將纖維復(fù)合材料材料粘貼在待加固的橋梁結(jié)構(gòu)外表面，使纖維材料、樹(shù)脂膠與結(jié)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成整體的結(jié)構(gòu)體系來(lái)共同承受荷載。纖維復(fù)合材料的高強(qiáng)度抗拉性能能夠有效提升被加固結(jié)構(gòu)的承載力及抗、減震能力。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究證明，纖維復(fù)合材料的橋梁加固作用，可以使被加固結(jié)構(gòu)的抗彎承載力提高百分之六十以上，使被加固結(jié)構(gòu)的抗剪承載力也得到同樣的提升。

在對(duì)橋梁進(jìn)行加固維修時(shí)，我們常常采用碳纖維復(fù)合材料即CFRP。對(duì)橋梁的加固和維修不外乎有兩種方法，一類是針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)，二類是針對(duì)對(duì)橋梁支撐結(jié)構(gòu)或橋梁上部路面進(jìn)行的維護(hù)。原有的外貼鋼結(jié)構(gòu)板的方法維護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常有鋼板與結(jié)構(gòu)分離、受潮變銹等問(wèn)題，而且會(huì)對(duì)跨度比較大的橋梁結(jié)構(gòu)增加自身的重量，而CFRP板粘貼可以很好的解決這一問(wèn)題，而且施工過(guò)程不復(fù)雜，后期維護(hù)的效果也很好。CFRP板能夠與混凝土受拉、受壓板結(jié)合在一起，從而大大增強(qiáng)了強(qiáng)度與剛度，也能夠與梁的腹板、翼緣相結(jié)合以提高其抗剪強(qiáng)度與抗扭強(qiáng)度。使用CFRP板與鋼筋混凝土結(jié)合能夠令其強(qiáng)度提高25%～80%。

2．3 纖維復(fù)合材料在公路建設(shè)中的應(yīng)用

在公路工程中，往往由于路基沉陷、超載等問(wèn)題破壞路面，使得路面斷裂、塌陷，建造過(guò)程中可以將復(fù)合纖維材料鋪設(shè)在骨料中，與骨料成為一體，整體抗裂性能將會(huì)等等提高。對(duì)于已建工程的路面開(kāi)裂問(wèn)題，如果是表層拉裂，可以再表層粘貼纖維復(fù)合材料，再上瀝青覆蓋。

3 結(jié)束語(yǔ)

從工程的角度來(lái)看，纖維復(fù)合材料是一種能帶來(lái)結(jié)構(gòu)形式革新的新材料，在建筑中占有極其重要的地位，纖維復(fù)合材料作為一類新興的先進(jìn)材料，是現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)材料的補(bǔ)充。復(fù)合材料在橋梁和承重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用不僅是可行的，而且具有廣闊的發(fā)展前景，不僅可用于建筑結(jié)構(gòu)或是橋梁結(jié)構(gòu)的承載力加固，也可用于抗震加固，也可用于人防工程的結(jié)構(gòu)加固。橋梁技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步是和新型建筑材料的出現(xiàn)及發(fā)展息息相關(guān)的，復(fù)合材料所具有的優(yōu)良特性，將會(huì)大大提高公路橋梁工程的發(fā)展。在不久的將來(lái)，纖維復(fù)合材料必將會(huì)在各個(gè)工程領(lǐng)域得到大力推廣應(yīng)用，用在公路橋梁上的纖維復(fù)合材料也會(huì)有新的突破。但是由于纖維復(fù)合材料應(yīng)用時(shí)間較短，以及它與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間結(jié)合面的復(fù)雜性，使研究工作面臨許多困難。

［1］錢啟鴻，錢芳容．FRP在橋梁加固工程中的應(yīng)用［J］．橋梁與隧道工程，2008(3)．

［2］嚴(yán)家紅．混凝土公路橋梁常見(jiàn)病害及加固方法淺析［J］．黑龍江交通科技，2014(6)．

［3］陳曉明，李慧英．纖維復(fù)合材料在橋梁加固工程中的應(yīng)用［J］．南昌水專學(xué)報(bào)，2003(1)．