• 2025-12-28 20:30

玻璃纤维增强复合材料桥面板特点

    常用的复合材料增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维和芳纶纤维等。碳纤维、硼纤维和芳纶纤维虽然具有卓越的机械性能和理化性能,但价格过于昂贵,采用这些材料制造桥面板成本太高,缺乏竞争力。
    玻璃纤维虽然弹性模量较低,但价格低廉,而且对大气、水和各种腐蚀介质的化学性能比较稳定。所以,目前国际上通常采用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)制造桥面板。
    FRP桥面板重量轻,可大大降低桥梁恒载,提高有效承载力,并使基础工程在内的下部结构工程量减少,是解决桥梁结构轻型化问题的一个十分有效的途径。
    虽然FRP材料价格比传统材料高,但FRP桥面板自重的减轻会使桥梁下部结构的造价减少,用它建造桥梁结构具有自重轻、施工方便优势,这是传统结构材料难以比拟的。
    FRP桥面板耐腐蚀,有良好的耐腐蚀性。可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中抵抗化学腐蚀,这是传统结构 材料难以比拟的。目前在化工建筑、地下工程和水下特殊工程中,FRP 材料耐腐蚀的优点已 经得到实际工程的证明。在瑞士、英国、加拿大等的寒冷地区以及一些的近海地区 已经开始在桥梁、建筑中采用FRP 结构代替传统结构以抵抗除冰盐和空气中盐分的腐蚀消除了混凝土板具有的开裂, 钢筋锈蚀等问题,节约了维修和防护费用。
    可在工厂中模块化生产, 对环境的破坏小,运输吊装方便,大大减少建桥现场组装的时间,降低建造成本。
    具有良好的抗疲劳、抗震和耐久性,使用寿命长。使得结构的维护费用和周期都将大大降低。从结构整个生命周期的费用来看,FRP桥面板是非常具有竞争优势的。尤其在一些工作环境恶劣的地方。
    良好的可设计性。与传统结构材料相比,这是FRP 材料所独有的。工程师可以通过使用不同纤维种类、控制纤维的含量和铺陈不同方向的纤维设计出各种强度和弹性模量的FRP 产 品。而且FRP 产品成型方便,形状可灵活设计。
    FRP 产品非常适合于在工厂生产、运送到工地、现场安装的工业化施工过程,有利于保证工程质量,有利于提高劳动效率,有利于工程建设的工业化。
    FRP 产品还有一些其它优势,如透电磁波、绝缘、隔热、热胀系数小等等,这使得 FRP 结构和FRP 组合结构在一些特殊场合能够发挥难以取代的作用。 
    与传统结构材料不同,FRP 材料通常表现为各向异性,纤维方向的强度和弹模较高, 而垂直纤维方向的强度和弹模很低。有关产品资料表明,两个方向的抗拉强度相差可达25 倍, 抗压强度相差可达5 倍,模量相差可达13 倍。
    此外,纤维方向的抗拉强度比抗压强度高30%。 因此在设计FRP 构件时,需要对两个方向分别进行设计。由于FRP 材料各向异性,在受力上有许多不同于传统结构材料的现象,例如拉伸翘曲现象,这在各向同性材料中是没有的,这加大了设计难度。
    与钢材相比较,大部分的FRP 产品的弹性模量较低:大约为钢材的1/20~1/2,大 致与混凝土和木材在同一数量级。弹模低是FRP 作为结构材料大的劣势,在设计中要充分 考虑这个特点,应尽量使用几何刚度来弥补材料刚度的不足与钢材相比较。
    FRP 材料的剪切强度、层间拉伸强度和层间剪切强度仅为其抗拉强度的5~20%, 而金属的剪切强度约为其拉伸强度的50%。这使得FRP 构件的连接成为突出的问题。FRP 结 构可以采用铆接、栓接和粘接,但不管那种连接方式,连接部位都是整个构件的薄弱环节。
    与混凝土相比,一般FRP 材料的防火性能较差。临界温度为300℃左右,而且部分 树脂材料有可燃性。通过改变树脂的组分,可以改善FRP 的防火性能。目前采用环氧树脂的 FRP 材料,可在树脂中掺入阻燃剂,表面进行防火处理,其效果已经可以与混凝土结构相当。
    研究结果表明,FRP 材料本身的抗疲劳性能优于传统结构材料。但是值得 注意的是,初始缺陷和工作环境对FRP 材料抗疲劳性能的影响非常显著。因此需要对实际工 程中的FRP 结构和FRP 组合结构整体的抗疲劳性能还应进行深入研究。 [-page-] 
    FRP 材料的耐久性也是很多学者关心的问题。目前许多FRP 产品供应商都通过加速试验来证明自己的产品寿命在35 年以上,甚至达到70 年。但是FRP 材料诞生也不过60多年,应用于土木工程中也多30年。
    应该注意的是,耐久性不仅仅是材料老化,还包括温度 变化影响、湿度变化影响、FRP 的蠕变和应力松弛以及GFRP与混凝土碱性反应等等问题,而且在实际环境下这些因素是共同作用,相互影响的。在我国,有FRP 结构因耐久性而失效的例子,也有应用20年以上的工程。
    目前国际上通常采用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)制造桥面板。一般FRP桥面板产品的自重为0.75~1.1kN/m,是传统桥面板的1/3~1/4,价格为混凝土桥面板的3~4倍,为钢桥板的2倍。在HS20级荷载的作用下,桥板大变形为L/450~L/1300。