橋梁是連接道路，方便行人和車輛通行的重要建筑。作為橋梁材料，古代主要依靠木材與石材，18世紀后期，開始用鋼鐵及混凝土?，F(xiàn)在，鋼材及鋼筋混凝土仍然是建橋的主要材料。橋梁對于河流多、山脈多和海岸線長的國家與地區(qū)來說，已是非常重要的建筑。可是，鋼鐵橋和鋼筋混凝土橋由于長期遭受雨水和鹽害侵蝕，極易生銹損害。尤其在臨海地區(qū)，受海水腐蝕更為嚴重。又如，在冬季寒冷地區(qū)，橋上積雪阻礙通行，常用鹽作融雪劑也會對橋造成腐蝕損害。為此，橋梁設計和建筑工作者們選擇FRP用于建橋和修補加固橋梁，經過許多人的努力試制和應用，現(xiàn)在已取得顯著效果。
FRP的優(yōu)點是質量輕、強度高、耐腐蝕、非磁性、安裝架設方便，對軟質地基上也能架設、施工周期短和日常維護也方便；其缺點是成本高。據稱，與同樣規(guī)模的鋼鐵橋成本相比，F(xiàn)RP步道橋要高出2倍以上。
另外，F(xiàn)RP片材用于修補加固橋板、橋柱等例子很多，效果很好。特別是日本，自從阪神·淡路大地震后，許多橋梁被破壞或產生裂紋，采用FRP修補加固，與其他方法相比，省工省時，進度快，已取得引入注目的業(yè)績。中國采用FRP片材修補加固橋板和柱，近年來也取得可喜的成績。
建橋用FRP主要使用拉擠成型FRP型材，如C型材、工字材，管材，棒材等；對于大斷面FRP材，設備成型有困難，也可用人工手糊FRP材。其增強纖維主要選用玻璃纖維，碳纖維及芳綸或它們的混雜纖維；基體樹脂主要選用不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂及環(huán)氧樹脂等。
本文以歐美、日本及中國為例，將有關FRP步道橋、FRP公路橋、公路橋用FRP橋地板以及FRP片材修補加固橋板、柱等方面的部分應用實例予以介紹，供讀者參考。 1 FRP步道橋
1．1 美國圣弗郎西斯科(原名舊金山)的FRP步道橋
在美國圣弗郎西斯科國立公園建立的FRP步道橋，英文名Long span prestek，是一座具有中心支承21．4m距離的FRP制構架梁吊橋式的步道橋，F(xiàn)RP質量為3t(橋總質量5t)。橋位于浴場附近。常有波浪水花飛濺。該橋主要采用玻璃纖維為增強材料，間苯二酸聚酯樹脂為基體樹脂，通過拉擠成型為C型槽狀FRP型材及中空狀FRP型材所建而成。據說，就在這座公園內，類似的FRP步道橋有多座，有的架設于沿海邊的斷崖外，有的架設于山脈的山頂處。在架設FRP步道橋時，因構件質量輕，可用人工及直升飛機搬運與施工。
1．2英國蘇格蘭的FRP步道橋
在英國蘇格蘭Aberfeldy高爾夫球場內的一條河流上架設的FRP步道橋，橋名為Aberfeldy Foot Bridge。該橋主塔高18m，橋長113m(由25m+63m+25m 3節(jié)組成)，橋寬2．2m為狹窄橋，全由FRP建成。據說，這座橋是世界上首次建成的最大FRP斜拉橋。該橋所用的張力繩索，是由芳綸制成。橋的梁、塔結構件，是采用拉擠GFRP型材制成。因斜拉橋為撓性建筑，采用吊掛式可實現(xiàn)相當長的橋體FRP步道橋。因是全FRP步道橋，質量輕，能在軟質地基上架設，施工進度快，能滿足公園業(yè)主關于減少建橋成本的要求。
1．3 美國伊利諾斯州的FRP步道橋
在美國伊利諾斯州Antionch高爾夫球場內架設的FRP步道橋，橋名為Antionch Pedestrian Bridge。橋長13．5m，橋寬3m，橋總質量5t，為構架式FRP步道橋。橋地板是木制的，可供行人、裝運高爾夫棒球小車及高爾夫球場維持管理車輛通行。橋的構架是FRP制的，由E-玻璃纖維為增強纖維材料和聚酯樹脂為基體樹脂，經拉擠成型制得C型槽FRP型材，再加工成FRP構架。橋上還裝有變形計，定期檢測、觀察橋的耐久變形情況。據說，這座橋專為在一般環(huán)境中，監(jiān)控暴露的FRP結構長期耐久性能之目的而建造的。 1．4丹麥的FRP步道橋
在丹麥建設的FRP步道橋是斜拉橋，橋名為Kolding Bridge。橋長40m，為使5t重除雪車和救護車通行，采用的設計載荷為5kPa。橋梁和塔的構件是采用玻璃纖維和不飽和聚酯樹脂，經拉擠成型的FRP型材制成。橋質量為13t，據稱，是同樣規(guī)模的鋼制橋質量的一半。橋體架設的時間花費18h(每d干6h，共3d完成)。該橋不受降雨、潮風、霜等的影響，期待使用壽命約100a。
1．5 美國的工字梁式FRP步道橋
在美國建設的橋長18m工字梁式FRP步道橋，構件是由GFRP和CFRP并用為特色制成，可提高主梁剛度，設計載荷為4kPa，能滿足L／180(L為支承距離長度)的撓度限制。
1.6 日本沖繩的FRP步道橋
這是一座位于日本沖繩縣伊計平良川線所建設的街心公園跨路用FRP步道橋。該橋將建立在道路兩側的展望塔相連接。橋長約37m(由20m+17m二節(jié)構成)，橋有效寬度3．5m。這座橋是二跨度連接C型梁橋式的FRP步道橋。這條伊計平良川線稱為海中道路，由于周圍被海包圍，處于腐蝕環(huán)境嚴酷的位置，認為在這樣環(huán)境下，采用日本首座全FRP制步道橋很合適。橋的主梁采用GFRP手工糊制型材，橋地板等構件采用GFRP拉擠型材制成。橋的安裝架設使用移動吊車施工[1]。
1．7 中國制FRP步道橋
由武漢工業(yè)大學新材料研制廠制造的FRP步道橋，產品名為GRP非對稱斜拉人行道。橋長27．4m，橋寬4．4m，橋高0．7m，橋質量8～9t，可承質量10t。其特點是外型美觀、強度高和吊裝方便。這座橋己在重慶交通學院實用[2]。
2 FRP公路橋
2．1 美國維吉尼亞州的FRP公路橋 在美國維吉尼亞州西部建立的FRP公路橋，橋名為Laurel Lick Bridge。梁和橋地板都由FRP制成，地板為蜂窩狀結構。增強纖維材料是采用三向E-玻璃纖維織物、連續(xù)玻璃纖維氈及短切玻璃纖維氈；基體樹脂選用聚酯樹脂。此外，在FRP公路橋地板(20cm厚)上，還鋪裝薄層聚合物混凝土。
2．2 美國維吉尼亞工科大學附近的FRP公路橋
在美國維吉尼亞工科大學附近有一條公路，每天交通量有約1 000輛車次通行，其中，學生上學用汽車占95％，其余為上班族用車。以前，這里有一座舊鋼制橋，因年久腐蝕損壞，后改用FRP橋。橋長6m，橋寬7．2m，主粱用高度為20cm盒型FRP工字梁制成。FRP型材是采用碳纖維和玻璃纖維為增強纖維材料，采用乙烯基酯樹脂為基體樹脂，經拉擠成型法制成。因使用碳纖維，故提高了梁斷面的剛性。由于碳纖維撓性好，所以用在FRP型材凸緣部位。把這樣的橋梁24根并排使用。這座橋地板，選用了木制層壓板。
2．3 美國俄亥俄州郊區(qū)的FRP公路橋
在美國俄亥俄州郊區(qū)架設的FRP公路橋，名叫TECH21。橋長10m，橋寬7．2m。該橋有3根主梁，因梁的斷面大，現(xiàn)有拉擠設備無法成型制造，只好選用人工手糊成型。增強纖維材料選用E-玻璃纖維；基體樹脂選用不飽和聚酌樹脂。梁為U型FRP梁。橋地板是將拉擠成型梯形斷面的管子作為芯材，把它挾在FRP板中，采用夾層結構。這座橋通過15人作業(yè)。僅用3h就在安裝現(xiàn)場一氣呵成。
2．4 英國運河上的FRP公路橋
在英國運河上架設的FRP公路橋，橋名為Bonds Mill Lift Bridge。橋長8．2m，橋寬4．3 m(為單車線)。FRP橋梁6根，通過拉擠成型制成。這座FRP公路橋是有效利用FRP質量輕，用作可移動橋的一個例子。將具有發(fā)泡環(huán)氧樹脂填充的6根主要槽形盒式梁，采用環(huán)氧樹脂為粘合劑，沿橋軸向粘接，橋地板也是槽型結構FRP。在這些FRP中，為提高耐候性，在基體樹脂聚酯中都含有UV(紫外線)吸收劑，橋地板是擠拉成型FRP制的[1]。 3 公路橋用FRP橋地板
普通鋼制公路橋、混凝土制公路橋，采用FRP材質作為地板的應用例子也不少，尤其在美國北部一些州，那里冬季嚴寒，降雪多，常需要在橋地板上撒布鹽作為融雪劑，以前用鋼制地板或鋼筋混凝土地板，容易被鹽腐蝕損害，作為一項防腐蝕措施，才選用FRP橋地板。FRP板也分兩種，一種全由FRP制成；另一種是外輪廓由FRP制成，而內部填充水泥沙漿或者填充硬質發(fā)泡聚氨酯樹脂，以后一種用的較多。
有一座橋名叫Kings Storm water Channel Bridge，橋地板的斷面結構，是將拉擠成型的FRP型材用粘合劑粘接厚度為20cm的蜂窩結構。該地板已在維基尼亞工科大學室內進行疲勞試驗，并在各州間實際的高速公路有關橋上鋪放，大型載重卡車通過時，采用載荷計測量，進行耐久性考核試驗。另外，最近的研究成果，是開發(fā)簡單斷面結構的橋地板以及能節(jié)約原材料的橋地板等，都有方案提出[1]。
日本也在開發(fā)研究公路橋用FRP地板，例如，日本一家公司開發(fā)出一種芳綸棒，它是由芳綸為增強材料，環(huán)氧樹脂為基體樹脂，經拉擠法制成的KFRP棒。棒徑從3~22mm多種，具有強度高、模量高、非磁性、非導電性、表面帶有凹凸狀同混凝土有優(yōu)良的附著性等特點，可以面向海洋結構物等方面應用。據稱，東京灣的連絡橋“彩虹橋”，橋地板就是將芳綸棒作為PC(預應力混凝土)空芯地板的補強材料使用。其特征是對鹽害有優(yōu)良的耐久性，還可免去維修保養(yǎng)[3]。
4 FRP片材在修補固橋梁方面的應用
FRP片材在修補加固橋梁方面的應用實例很多，尤其是近10a來，因地震多，橋板、橋梁、橋柱等產生裂紋不能使用。假如用鋼板、鋼筋混凝土修補加固，費工費時，施工不方便，而選用FRP片材就很方便?，F(xiàn)在，采用碳纖維片材、芳綸片材修補加固橋板、橋梁和橋柱非常盛行，已有專門的片材生產單位、修補加固施工單位及施工方法。這里僅就日本、中國部分例子進行簡述。 4．1 日本采用FRP片材修補加固橋梁情況
1995年1月17日，在日本Akasi海峽中部發(fā)生阪神·淡路大地震，傷亡7000多人，許多建筑物被破壞，約造成10萬億日元的損失，其中建筑物、高架橋等損失高達8萬億日元。為了迅速搶修，在高架橋道路支柱修復工程中，選擇了高性能FRP片材作為加固材料，與采用鋼板焊接加固法相比，該加固材料質量輕、模量高、柔軟自由度大、施工用設備簡單，施工容易、不生銹、安全性好、工程費及日常保養(yǎng)費用低。例如，地震后在日本關西地區(qū)，被破壞的IR鐵路橋結構物和隧道鋼筋混凝土構件都使用FRP片材修補加固，經過幾年實用證明，F(xiàn)RP安全可靠，獲得施工部門及鐵路用戶好評。目前，F(xiàn)RP片材應用目標，集中用于高架橋公路的支承柱上。特別是大中城市中的高速公路橋支柱加固更為重要，以免地震受損[4]。
據說，有關芳綸廠商和大型建設公司還專門組成“芳綸補強研究會”，并委托鐵道綜合技術研究所，制訂出“采用芳綸片材，設計、施工鐵道高架橋柱的耐震補強方針”，已于1996年12月完成。還專門召開有關鐵道事業(yè)人員參加的報告會，進行介紹和實施所制訂的方針：關于使用芳綸片材補強，充分利用已有的研究成果，把鐵道框架結構的高架橋作為修補加固對象，對必須特別確認的事項，如剪切補強效果、變形性等，需采用實物模型進行載荷試驗，把補強耐力評價和韌性率評價等都納入方針內容。據稱，芳綸片材用于耐震補強加固有以下特點：強度高，耐久性優(yōu)異，被其加固的混凝土結構件耐震性能大幅度提高；輕質、同樹脂粘合性好、施工性優(yōu)良和工期短；耐腐蝕和電絕緣性好，不必擔心發(fā)生電氣事故[5]。
日本有不少單位和廠家研制和開發(fā)FRP片材，如日本東燃公司的產品，1993年已商品化；東麗·杜邦公司的產品，1993年已商品化；日本帝人公司的產品，1996年己商品化。還有些廠家產品就不一一列舉[6]。
4．2 中國采用FRP片材修補加固橋梁情況
FRP片材用于修補加固混凝土建筑物及橋板、橋柱等技術，在中國也猶如雨后春筍般蓬勃發(fā)展，并取得令人睹目的業(yè)績。從事這項事業(yè)起步較早的單位有冶金部建筑研究總院工程結構研究所等院所和高校，在該項技術研究和推廣應用中，作出顯著成績。據說，采用FRP片材己修復加固幾百個工程項目，僅使用的碳纖維就多達200t/a以上[7]。在FRP片材開發(fā)營銷方面，杭州索奇先進復合材料有限公司出售的索奇牌碳纖維片材系列產品，如網格熱壓型，經向編織型、緯向編織型等各種規(guī)格品種，供用戶選擇使用，已取得很好效果。北京特希達科技有限公司與冶金工業(yè)部建筑研究總院，已于2001年11月取得“碳纖維片材修復補強混凝土結構工法”國家級工法證書。采用碳纖維片材加固的典型例子，有浙江寧波同三線高速公路立交橋、江蘇鎮(zhèn)澄運河大橋腹板、滬寧高速公路丹陽運河大橋等，不勝枚舉。 5 結 語
如上所述，F(xiàn)RP已在步道橋、公路橋、橋地板和修補加固橋方面獲得應用。充分發(fā)揮了FRP輕質、高強、耐腐蝕、非磁性、施工設備簡單、易施工等優(yōu)點。但是也有不足之處，如成本高，像FRP步道橋與同樣規(guī)模鋼步道橋相比造價要高2倍以上；FRP用于建造公路橋，還僅限于10m長以下短小橋。長橋，大橋仍受限制；加工制造大斷面的FRP型材，還缺少大型拉擠設備，尚需業(yè)內人員不斷研制和創(chuàng)新，任重道遠。

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文章來源： 永年加固公司
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