FRP结构和FRP组合结构在结构工程中的应用与发展

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FRP结构和FRP组合结构在结构工程中的应用与发展

FRP(纤维增强复合材料)结构和FRP组合结构在现代结构工程中具有重要应用和发展潜力。FRP材料由纤维(如碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维)与基体材料(如环氧树脂)组成,具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,广泛应用于桥梁、建筑、海洋工程等领域。

FRP结构主要以单一材料形式使用,例如FRP筋材替代传统钢筋用于混凝土结构,可有效解决钢筋锈蚀问题,延长结构寿命。此外,FRP板材和型材被用于加固既有结构,提升承载力和抗震性能。

FRP组合结构则是将FRP材料与其他传统材料(如钢材、混凝土)结合,充分发挥各自优势。例如,FRP混凝土组合梁通过FRP提供抗拉强度,混凝土提供抗压能力,实现更高效的力学性能。这种组合结构在大跨度桥梁和高层建筑中表现出色,能够显著减轻自重并提高结构刚度。

随着技术进步,FRP材料的生产成本逐渐降低,设计理论和施工工艺不断完善,其应用范围将进一步扩大。未来,智能FRP材料的研发(如具备自感知或自修复功能)将推动结构工程向更加安全、高效和可持续的方向发展。

在欧洲,FRP结构的公路桥也得到发展。1994年,英国就用GFRP拉挤型材组合成 了一座可以通过40t卡车的活动桥—一BondMi11桥,见图18。桥长8.22m,4.27m宽, 由6根FRP箱形梁组成,梁高0.85m。当通过船时,以一岸为轴,另一边翘起。还有 种FRP桥面板在欧洲得到了发展:宽0.45m,高0.2m的GFRP拉挤夹心板条,通过现场 的粘接和栓接,形成桥面板,并且还在建筑中作为楼面板使用。 在公路桥梁中,FRP材料还有一些其它的应用形式,例如利用FRP索替代钢索作为 斜拉索或悬索,FRP预应力筋混凝土结构等等。

3.3大跨建筑中FRP结构体系

早在上个世纪70年代,GFRP材料就开始在建筑中应用,主要是在墙体、地面、 窗、临时建筑的屋顶等等非结构构件或承受很小荷载的构件中。近年来,FRP产品 种类更加丰富,性能和生产工艺也有了很大的改进。FRP材料开始以轻质高强的特点

大跨结构中崭露头角,

图19CFRP网架杆件

图20FRP轻质屋盖

消防系统调试方案20193.4FRP管混凝土结构

FRP材料在结构工程中有着非常广阔的应用前景,但仍有大量关于FRP结构和FRF 组合结构基本理论和设计方法的科研工作函待进行,培养既了解复合材料设计又熟悉结 构设计的复合型工程师也是非常急需的。 FRP材料是新兴的材料,FRP结构和FRP组合结构在结构工程中必然在新世纪中得 到更加广泛的应用。

Peng FengLieping Ye

tof Civil Engineering, TsinghuaUnivers

第一作者简介:冯鹏,1977年10月,籍贯:山西省临猗,清华大学土木工程系博士研 究生,研究方向:FRP结构与FRP组合结构

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