复合材料在土木工程中的发展与应用.pdf

　２０１４年第９期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　９９　　　复合材料在土木工程中的发展与应用　　　冯鹏　　　　（清华大学土木工程系，北京１０００８４）　　　　摘要：纤维增强复合材料（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｏｌｙｍｅｒ，ＦＲＰ）作为土木工程中一类新型结构材料，以其优异的力学及物理、　　化学特性，逐渐成为土木工程中传统材料的重要补充。本文介绍了土木工程中ＦＲＰ加固结构、ＦＲＰ筋索和预应力ＦＲＰ筋混凝　　　　土结构、ＦＲＰ组合结构以及全ＦＲＰ结构的应用与发展，并介绍了我国土木工程应用ＦＲＰ的标准规范体系的建立情况，以期促　　进ＦＲＰ复合材料在土木工程中快速、有序的深入发展。　　　　　　　　　关键词：纤维增强复合材料；结构加固；组合结构；全ＦＲＰ结构；标准规范　　　　　中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１００３－０９９９（２０１４）０９－００９９－０６　　　　　１引言　　　　　　纤维增强复合材料（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｏｌｙｍｅｒ，　　　ＦＲＰ）是近２０年来在土木工程中发展起来的一类新　　　　　型结构材料，由碳纤维、玻璃纤维、芳纶、玄武岩纤维　　　等高性能纤维与树脂基体混合，经过一定的加工工　艺复合而成，并由此形成了一系列的新型结构技术。　ＦＲＰ具有轻质、高强、施工成型方便、耐腐蚀等优点，　使其逐渐在土木工程中成为混凝土、钢材等传统结　　　　构材料的重要补充，合理地将ＦＲＰ应用于各类结构　物中已经成为土木工程发展的一个重要方向¨　　Ｊ。　　　　上世纪五、六十年代ＦＲＰ就被尝试用于民用建　　　　　　筑中。１９６１年，英国Ｓｍｅｔｈｗｉｃｋ的一座教堂的尖顶　采用了ＧＦＲＰ¨　　　　　５；１９７０年，英国Ｌｉｖｅｒｐｏｏｌ建成了一座　　　　　　ＧＦＲＰ连续梁的人行天桥，跨径１０ｍ，宽１．５ｍ６Ｊ。它　　　　们分别为文献记载中较早将ＦＲＰ应用于建筑和桥　　　　梁结构中的实例，这些结构都是手糊工艺制成。我　　　国１９５８年就开始探索在混凝土构件中用玻璃纤维　　束代替钢筋［６ｊ，到七、八十年代ＦＲＰ在结构工程中　　　　的应用与研究逐渐增多：１９７２年在云南建造了一个　　　　　直径为４４ｍ的球形ＧＦＲＰ雷达天线罩；１９８２年在　　　北京密云建成一座跨径２０．７ｍ的ＧＦＲＰ蜂窝箱梁公　　　　　　　路桥，设计荷载等级为汽．１５、挂．８Ｏ，该桥为世界上　　　　第一座ＦＲＰ公路桥Ｊ。ＦＲＰ大规模应用与土木工　　　　　　　　　　　　程中始于结构加固：１９９１年，瑞士联邦实验室的　　Ｍｅｉｅｒ教授对ＦＲＰ板加固混凝土结构技术进行了系　　　　　　统研究，并在Ｉｂａｃｈ桥上进行了应用；这项技术在　　　　　美国北岭地震和日本阪神地震后的加固修复中显示出突出的优势¨　　Ｊ，从而被工程界认可，开始广泛应用　　　　于各类土木与建筑结构工程中。到本世纪初，世界　各国都编制了ＦＲＰ土木工程应用的技术规范　，　　从而使其成为一类新的土木工程材料。据估算，近　　　　年我国土木工程用复合材料的纤维用量超过２０００　　　　　吨／年，其中碳纤维约为１５００吨／年，玻璃纤维约为　　　８００吨／年，这一数字还在不断增长中。　本文将介绍当前我国的复合材料在土木工程中　　发展与应用情况，并对未来的发展趋势进行展望。　　２应用与研究现状　　　　目前ＦＲＰ在土木工程中的应用，按照形式可分　　　　为四大类：应用ＦＲＰ进行工程结构加固补强、应用　　　ＦＲＰ筋和索替代钢筋和钢索、应用ＦＲＰ与传统材料　　组合和直接应用全ＦＲＰ结构建造工程结构。　　　　２．１工程结构加固补强　　将ＦＲＰ通过各种方式附着在构件表面受力，可　　　　　　以增强原有构件的受力性能。在２Ｏ世纪８０年代，　　　　　　　　　　　　我国的工程实践中就曾尝试过混凝土结构外贴　　　　　ＧＦＲＰ内夹高强钢丝加固方法，但主要是用于防腐　并使钢丝与混凝土共同工作，并没有得到广泛推广。　　　　而Ｍｅｉｅｒ等人对ＣＦＲＰ板代替钢板加固混凝土结构　　　　的技术进行了系统的研究，并在１９９１年用ＣＦＲＰ板　　　　　　　成功地加固了瑞士的Ｉｂａｃｈ桥Ｊ。此后，ＦＲＰ加固　结构修复技术的研究在欧洲、日本、美国和加拿大等　　—　收稿日期：２０１４０９．０２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基金项目：９７３计划资助项目（２０１２ＣＢ０２６２００）；清华大学基础研究基金资助项目（２０１１Ｚ０２１４１）；８６３计划资助项目　　（２０１２ＡＡ０３Ａ２０４）；国家自然科学基金资助项目（５０２３８０３０，５０９７８１４９）　　作者简介：冯鹏（１９７７．），博士，教授，主要从事土木工程新型结构及新材料结构技术与理论研究。　　注：本文特为中国玻璃钢／复合材料学术发展回顾与展望活动交流撰写，部分内容曾在《土木工程学报》上发表。“　　　：　　ｔ÷ｕ　　ｌ　／　ｏ．９ｉ　０　：　１００　　　　　复合材料在土木工程中的发展与应用　　　　　　　国得到迅猛发展，并在工程得到较多的实际应用。　　　　特别是在美国北岭地震和日本阪神地震后，ＦＲＰ加　固技术的优越性在被损坏工程结构的修复加固中得　　　到了很好的验证。我国大陆于１９９８年完成第一项　ＣＦＲＰ加固工程，随后开展了一系列的研究，使这一　　技术得到推广，在一些重大工程如人民大会堂、民族　　　　　　　　　　　文化宫等的加固改造，都应用了ＦＲＰ加固技术。　　　２０００年完成了我国首部碳纤维片材加固设计与施　　　　　工技术规程。经过十多年的发展，ＦＲＰ加固技术　　　　　　　　　　　　　已经成为工程结构领域一项较为成熟的技术手　　　　段引。具不完全统计，２００８年土木工程结构加固补　　　　强应用ＦＲＰ总超过５００吨，直接产值２５亿元人民币　　　　以上。汶川地震后，ＦＲＰ加固技术获得了更加广泛　　　　的应用，为震损结构的加固修复和重建建筑的快速　建设提供了有力的保障，为抗震救灾、恢复生产生活　做出了重大贡献。　　从世界领域上看，ＦＲＰ已经成功应用于各种类　　　　型结构加固，包括：混凝土结构、钢结构、砌体结构、　　　木结构等，甚至是土石结构的历史建筑中；应用的领　　域包括建筑结构、桥梁、隧道、地下结构、水工结构、　　港工码头、管道等。　　　ＦＲＰ粘贴加固混凝土结构是最主要的形式，从　　　　１９９１年至今有很多相关研究开展，主要集中在以下　　方面。　　　　（１）ＦＲＰ布缠绕加固混凝土柱，通过约束混凝　　　土提高混凝土强度和变形能力，提高抗震能力，并可　　　提高柱的抗剪能力。这是ＦＲＰ布加固混凝土最有　　　　效的加固形式之一，其加固效果已得到国内外许多　　　　　　　试验验证，而且各种ＦＲＰ布均十分有效。研究表　　　明，ＦＲＰ布对混凝土柱的约束效果与截面形状有很　　　大关系，对于矩形截面柱一般只能提高变形能力和　　　　抗剪能力，而对受压承载力的提高十分有限。但如　果将截面形状适当处理成有一定弧度，则可显著提　　高受压承载力；　　　　（２）在梁、板受拉面粘贴ＦＲＰ片材，提高其抗弯　　　承载力，并可使裂缝得到有效控制。这种加固形式　　　　　在国内应用较多，但从加固效果来看存在以下一些　①　　问题：ＦＲＰ片材的受拉作用只是在受拉钢筋屈服　　　　以后才能得到有效发挥，而此时梁和板的挠度变形一　　　　般已很大，因此ＦＲＰ片材用于受弯加固只能作为一　　　　　　种安全储备。为了提高受弯加固效果，近年来已②　有研究采用预应力方法；受弯加固提高程度与原　　配筋梁有很大关系，且ＦＲＰ的强度一般不能得到充　　　　　　ＦＲＰ／ＣＭ２０１４．Ｐ．９　③　分利用；ＦＲＰ片材用于受弯加固时易产生剥离破　　　坏，应充分注意采取抗剥离的构造措施；　　　　（３）对梁、柱构件采用ＦＲＰ片材包裹或Ｕ形箍　　　包裹，提高其抗剪承载力。这种加固形式也较为有　效，不过同样需注意其提高程度与构件原配箍率有　　　　关，且ＦＲＰ片材强度的发挥一般只有２０％－４０％。　　除了以上三种主要加固形式外，ＦＲＰ布也可用　　　　于受扭和剪力墙的加固，以及与其他材料组合进行。　ＦＲＰ片材加固混凝土结构中，ＦＲＰ．混凝土界面　　　面内剪切一滑移本构关系和ＦＲＰ约束混凝土受压本　　　　构关系是建立粘贴ＦＲＰ受弯加固、ＦＲＰ受剪加固和　　　　　缠绕ＦＲＰ约束加固设计理论的关键科学问题，也是　国际上研究最多的热点问题。在此基础上近年来也　　　出现一些新的或改进的加固混凝土结构的形式，如：　　　　　　ＦＲＰ机械锚固连接加固；ＦＲＰ嵌入式加固；预应力　　ＦＲＰ粘贴加固；不同种类纤维混合加固。　　　除用于混凝土结构加固外，ＦＲＰ加固砌体结构、　　　　　　木结构和钢结构都得到了较多的研究。其中ＦＲＰ　　　加固砌体结构和木结构在实际工程中得到了较多的　　　应用，ＦＲＰ加固钢结构正在逐渐成为研究的热点。　　　　　２．２ＦＲＰ筋索和预应力ＦＲＰ筋混凝土结构　　ＦＲＰ筋中纤维含量在６０％～６５％。ＦＲＰ筋轻质　　　　高强，重量一般为普通钢筋的１／５，强度为普通钢筋　　　　　的６倍，且具有抗腐蚀、低松弛、非磁性、抗疲劳等优　　　　　　点Ｊ。用ＦＲＰ代替钢筋主要利用ＦＲＰ材料良好的　　　耐腐蚀性，避免钢筋锈蚀所带来的结构损害，减少结　　　构长期维护费用。此外，可用于一些要求无铁磁性　的特殊工程。在桥梁工程中，ＦＲＰ索可以用作悬索　　　　　桥及斜拉桥的缆索，预应力混凝土桥中的预应力筋。　　　　为加强与混凝土的粘结，根据不同的加工方法，　　　　　　　　ＦＲＰ筋主要分为以下几类：表面进行砂化处理的　　　　　ＧＦＲＰ筋；与钢绞线相似并在多股之间用环氧粘结　　　　　　　　　　　　的ＣＦＲＰ预应力筋；表面进行压痕或滚花处理的　　　　　ＦＲＰ筋；利用ＦＲＰ材料的柔韧性，把纤维交错编织　　　的ＦＲＰ筋。　　　　　美国在２０世纪６０年代初，最早对混凝土梁中　　　　　　　　　　　　　　　用ＦＲＰ配筋进行应用与研究，其研究重点是用　　ＧＦＲＰ解决近海和寒冷地区的钢筋混凝土结构遭受　　　　　　盐蚀危害问题。日本现已开发出ＦＲＰ筋、ＦＲＰ绞线　　　　　　及配套锚夹具。２Ｏ世纪８０年代，美国的Ｃｏｍｅｌｌ大　　　　　学成功进行了预应力ＦＲＰ筋束小比例梁的试验，并　　开发出ＧＦＲＰ筋束以及相应的连接锚固技术。到目　　　　前为止，美国设计施工了多项供研究和示范用的工　　２０１４年第９期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　１０１　　程，包括预应力桥面工程和房屋修缮等，如联邦公路　　　管理局的预应力大梁试验和密歇根州的桥梁工程。　　　　　　１９９３年，加拿大在Ｂｅｄｄｉｎｇｔｏｎ公路桥中使用ＣＦＲＰ　　　　　　　棒材作为预应力筋，经静载和动载试验，效果比较　理想。　　　ＦＲＰ筋及预应力ＦＲＰ筋的另外一个应用对象　　　　　　　　　　　　　　是岩土工程，它已用于加筋土中。在发达国家，　ＧＦＲＰ因其具有价格低廉、方便安装和耐久性强等　　　特点，已被广泛应用于许多工程，包括潮汐变化的干　　　湿交替的挡土墙、地基锚杆及喷射混凝土筋等工程。　　　　　我国较早在此方面开展了研究，国家自然科学　“　基金委１９９９年最早资助了纤维聚合物筋混凝土梁”　　　力学性能项目，开展相关研究。目前我国已有能力　　　生产多种ＦＲＰ筋、索产品，以及配套的锚夹具。　　　　　在ＦＲＰ筋混凝土方面，近年来主要的研究问题　　集中两个方面：　　　　　　　　　　　　（１）ＦＲＰ筋与混凝土之间的界面粘结性能。　　　　ＦＲＰ筋与混凝土粘结性能相对较差，多种形式的表　面处理和筋材形式对粘结性能有较大的影响；　　　　　　　　　　　　（２）ＦＲＰ筋混凝土构件具有特殊力学性能。　　ＦＲＰ筋为弹脆性材料，这就使ＦＲＰ筋混凝土构件的　　受力性能与传统的钢筋混凝土构件不同，非延性、裂　　　　缝集中等特点及其带来的设计计算中的新问题都是　　　研究中的主要议题。　ＦＲＰ索替代传统钢索的应用和研究也有一些开　　　　　展，由于ＣＦＲＰ索具有较高的强度密度比和模量密　　　　度比，并具有很好耐腐蚀性，因此在大跨度桥梁、空　　　间结构等方面具较好的应用前景，并围绕此议题有　　　较多研究开展。在ＦＲＰ索的应用中锚具是较难解　　　　　决的关键技术问题，ＦＲＰ的弹脆性和各向异性特性　　　　　使ＦＲＰ索对局部应力集中较为敏感，相关的技术研　　　　究开展的较多。２００６年在江苏大学建成了国内首　　　　座采用ＣＦＲＰ拉索的斜拉桥，总长为５５ｍ，是一座钢　　　筋混凝土独塔双索面斜拉桥。桥梁全宽６．８ｍ，其中　　　　人行道宽５ｍ，索塔两侧各布置４对共１６根碳纤维　　　　　材料拉索。在这项实际应用中，ＣＦＲＰ索的锚固和　　　张拉得到了较好的解决。　　　　　　２．３ＦＲＰ组合结构　　　　　　ＦＲＰ组合结构是将应用不同种类不同形式的　　　　ＦＲＰ制品与钢材或混凝土组合应用，实现优势互补，　　形成新的结构形式甚至是结构体系。ＦＲＰ作为一种　　　高性能的新型结构材料，具有很强的可设计性，使得　　　　　　　　　结构的构成形式更加丰富，出现了多种不同类型　　ＦＲＰ组合结构，典型的有以下几种。　（１）ＦＲＰ管混凝土　　　　　缠绕成型的ＦＲＰ管中填充混凝土，形成ＦＲＰ管　　　　　混凝土组合构件是最为合理的一种ＦＲＰ一混凝土组　　　　合结构构件，且ＦＲＰ管不仅对混凝土有很好的约束　　　　　作用，还可以充当模板，提高施工速度，并具有很好　　　　的耐久性，可作为桩、柱甚至作为梁。世界各国学者　　　对于ＦＲＰ管混凝土的研究较多，对于ＦＲＰ管约束混　　　　　　凝土的基本受力性能（包括压、弯、剪、抗震及其组　　　　合）、施工过程中ＦＲＰ管的受力性能、长期工作状态　　　　　下的ＦＲＰ管混凝土的受力性能及其ＦＲＰ管中纤维种类和缠绕角度都有深入地研究¨　　　ｊ。还有学者　　　　　　对ＦＲＰ管混凝土构件进行了改进。在ＦＲＰ管内设　　　　　　　　　　置ＦＲＰ肋（包括横肋、纵梁和斜肋），从而在加强　　　　　　　　ＦＲＰ管局部稳定性的同时起到钢筋的作用，增强　　　　　ＦＲＰ管混凝土的受力性能。还有在ＦＲＰ管中心放　　　置泡沫塑料圆柱，浇注混凝土后形成环形空心截面，　　　减小自重，提高构件抗弯性能。　（２）ＦＲＰ一钢管．混凝土组合构件　　　　构件中部设置空心钢管，外包ＦＲＰ，ＦＲＰ与钢管　　　之间填充混凝土，在施工中钢管作为承力骨架，ＦＲＰ　　　　作为模板，使用中钢管受到了保护可避免锈蚀，混凝　　　　土部分受到一定的约束，变形性能和承载力提高，同　　时构件的自重减轻。　（３）ＦＲＰ一混凝土组合梁　　　ＦＲＰ一混凝土组合梁，通过组合作用使上部的混　　　　　　凝土受压，下部ＦＲＰ受拉，其关键问题是保证ＦＲＰ　　　与混凝土协同工作的剪力连接件。经过组合使ＦＲＰ　　　材料的利用更加充分，而且可以将轻质的ＦＲＰ构件　　　　　　　作为永久性模板，方便施工。关于ＦＲＰ组合梁和　　ＦＲＰ组合板的研究在各国都有开展。　（４）ＣＦＲＰ．铝合金组合构件　　　ＣＦＲＰ一铝合金组合构件是将ＦＲＰ按照设计的需　　　要包覆在铝合金管的外表面，充分发挥两种材料共　　　　　　　　　有的轻质、高强、无磁、耐腐蚀的优点，同时避免了　　　　　　　　　　　　　ＦＲＰ脆性、不易连接和铝合金弹模较低的不足。　　　　　　　　ＣＦＲＰ．铝合金组合构件适合在大跨度空间结构中　　应用。　（５）ＦＲＰ．木组合构件　　　ＦＲＰ与木材有类似的纤维构造形式，都具有各　　　向异性的受力特点，都有抗火性能较差的不足，但两　　　　者进行合理组合后，ＦＲＰ充当构件中的增强部分，木　　　　　　　材充当填充部分，从而实现更为优越的力学性能。　／Ｃ　ｎ　。９　１Ｏ２　复合材料在土木工程中的发展与应用　　２０１４年９月　　　　ＦＲＰ．木组合构件在加工中也非常方便，采用成熟的　　技术就能够实现。　　ＦＲＰ组合结构相对传统结构在耐腐蚀、轻量化　　　　等方面具有显著的优势，同时相对全ＦＲＰ结构在受　力方面可避免脆性破坏，且降低了造价，因此具有显　　著的优势。目前世界各国的研究者都在不断的应用　　　　ＦＲＰ与各种结构材料进行组合以实现新型结构构　　件，乃至结构体系。　　　　２．４全ＦＲＰ结构　　　ＦＲＰ在力学上具有高的比强度、比模量，同时又　　　具有众多传统结构材料不具备的功能特性，如耐腐　　　　　　　　蚀、ＧＦＲＰ绝缘性、ＣＦＲＰ的导电性、较好的隔热性　　　能，还具有传统结构材料不具备的加工性和可设计　　　　性，因此当工程结构在实现承载要求的同时还需要　　　　实现一些功能特性时，全ＦＲＰ结构具有不可替代的　　　优势。在民用工程中全ＦＲＰ主要应用在桥梁工程　　中，而在工业建筑和装备中ＦＲＰ结构应用的非常广　　　泛。目前土木工程及相关领域中应用较多的全ＦＲＰ　　结构有以下几种。　（１）ＦＲＰ桥面体系　　　　直接采用ＦＲＰ型材作为桥梁的面板，可以减轻　　　支撑结构和下部结构内力、能直接抵御环境侵蚀和　　荷载作用、降低维护费用。ＦＲＰ桥面板是传统桥面　　　　　板的１／３～１／４，如果用ＦＲＰ桥板替换原有的混凝土　　　　　　桥板，使桥面结构自重减轻，动载等级提高，使用寿　　　　命延长。这项技术从１９９６年在美国开始应用至今，　　　　　已在１００多座桥梁中获得了成功应用。它既适合于　　　　　在新建桥梁中应用，也可以在老旧桥梁翻新中替换　　　　原有的混凝土桥面板，提高桥梁的承载能力，还可以　　　　在大跨桥梁中组合成封闭的ＦＲＰ外壳，将原本暴露　　　　的主梁围护起来，减少风阻、抵抗侵蚀、美观外表。　（２）ＦＲＰ轻质桥梁　　　　轻质ＦＲＰ桥梁的应用以人行天桥为主，其中主　　　　要构件或全部构件采用ＦＲＰ，从而使得上部结构的　　　重量大大减轻，其景观效果也会成为吸引使用者的　　关键因素之一。国内外已建成了几十座不同形式的　　　　　　　　ＦＲＰ轻质桥梁。从基本构件的形式上看，主要是　　　ＧＦＲＰ拉挤型材、ＣＦＲＰ索以及真空导人制成的　　ＧＦＲＰ产品。ＦＲＰ轻质桥梁与传统桥梁具有不同的　　受力特点。首先，ＦＲＰ轻质桥梁的承载力高，但刚度　　　较小，设计通常为变形控制。其次，ＦＲＰ构件的受力　　　特性通常表现为线弹性，承载力随着变形增大而增　　　　　大，最终发生破坏前，变形已非常明显，破坏时比较　　　　ＦＲＰ／ＣＭ２０１４￣ＮＯ９　　突然。同时，在人行桥中，为满足舒适度的振动特性　　　也是一个重要设计指标。目前，ＦＲＰ轻质桥梁的设　　　计研究并没有得到太多的开展，在设计指标、连接构　　造等方面还缺少相应研究。　　（３）快速架设应急ＦＲＰ桥　　　　应急快速架设桥梁主要是应对人为和自然灾　　　　　　害，如地震、爆炸、火灾、水灾和飓风。面对这些紧急　　　　　　　情况，对桥梁的机动性、适应性和标准化的要求更　　　　　　高，需要快速运送和架设，这对于ＦＲＰ轻量化、预制　化、耐腐蚀的特点尤为适合。世界各国都已开始研　　　　　　究快速架设应急ＦＲＰ桥梁，主要用于军用，美国已　　　　经研发出针对空运的第三代全ＦＲＰ应急桥梁。应　　急ＦＲＰ桥梁首要解决的问题是结构体系与构成。　　目前大量应用的应急桥梁主要是金属结构，其结构　　体系是针对金属结构特点设计的，而ＦＲＰ的性能与　　　　金属差别较大，因此沿用原有的结构体系、架设方法　　　　和检验标准并不恰当，相关的研究还有待进一步开　　　　　展。应急ＦＲＰ桥梁中必须采用快速方便的现场连　　接，且连接的性能对结构承载能力和安全性起决定　　　　　　性的作用。目前，我国针对快速架设应急ＦＲＰ桥的　　研究也较为缺乏。　（４）ＦＲＰ编织网结构　　　　ＦＲＰ编织网结构是将ＦＲＰ板条按一定规律进　行编织、然后经过整体张拉后形成的一种柔性结构　　　　　体系。这种新型结构充分发挥了ＦＲＰ材料轻质高　　　强的力学特点，适合建造超大跨度的屋盖结构，同时　　　可实现较好的建筑效果，可在体育场等大跨度公共　　建筑、大型厂房和城市小品中应用。　（５）ＦＲＰ杆件空间结构　　ＦＲＰ用在空间结构体系中，可实现ＦＲＰ网架结　　　构。ＦＲＰ网架的杆件由ＣＦＲＰ片材以不同的角度层　　　　　叠粘贴而成，杆端有铝合金的锥头与球节点连接。　　　ＦＲＰ网架结构重量轻，仅为钢网架的１／５～１／４，施工　　　　　强度小，周期短，耐腐蚀性好，可避免凝露，维护费用　　　低，线胀系数小，大跨度温度效应小。因此它非常适　合在超大跨度的空间结构和环境比较恶劣的大跨结　构中应用，如：体育馆、游泳馆、大型温室、展览馆　等等。　　（６）形态多样化的ＦＲＰ曲面结构物　用传统的材料和结构形式实现非规则的建筑需　　　　　要很高的成本，而应用ＦＲＰ能高效、低成本的实现　曲面造型，这为多样化建筑形态的实现提供了便利　的技术途径。同时，ＦＲＰ本身具有很强的可设计性，　　　２０１４年第９期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　１０３　非常适合于进行结构优化。ＦＲＰ结构能实现传统材　　　　料和结构难以实现的几何外形，更能通过设计优化　使其结构受力趋于合理，因此，ＦＲＰ是建造复杂建筑　　　　形态、尤其是非线性建筑的最理想材料。很多建筑　　　　　师已开始采用ＦＲＰ建造复杂的结构物，如Ｚａｈａ的　　香奈儿展馆、Ｎｉｏ的公共车站等。　　（７）耐腐蚀ＦＲＰ结构　　　　　　　随着我国环境保护和节能减排要求的１３益提　　　高，脱硫、脱硝、污水处理等工业结构物越来越多，耐　　　强腐蚀成为结构所必须的功能，各种耐腐蚀ＦＲＰ结　　构因此出现，如电厂的脱硫平台、污水处理厂的作业　　　平台、有色金属提炼车间的平台等。另一方面，随着　　　我国海洋战略的发展，耐氯盐侵蚀的结构物也成为　　　　　ＦＲＰ应用的重要方向。但目前对强腐蚀环境中ＦＲＰ　　结构受力性能的研究还非常少。　　３标准规范　　经过众多科研人员和工程技术人员近十年的努　　　力，当前我国初步建立了较为完整的土木工程应用　ＦＲＰ的标准规范体系，为工程应用提供了重要的指　　　　　导。体系包括３个方面：复合材料通用的试验方法　　　标准，土木工程专用的复合材料产品标准和土木工　　程中的复合材料工程应用技术规范，具体如表１所　　　　　　示。这些标准规范从材料、测试、设计、施工验收等　　各个环节对ＦＲＰ土木工程应用进行了规定和指导。　　　　　　　表１我国土木工程应用ＦＲＰ标准规范体系　　　　　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ１ＣｈｉｎｅｓｅｃｏｄｅｓａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒＦＲＰａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　标准规范体系　具体标准规范名称　　　复合材料通用试验方法标准　　土木工程专用复合材料产品标准　　土木工程中复合材料工程应用技术规范　—　１．ＧＢ／Ｔ１４４６２００５纤维增强塑料性能试验方法总则　　　２．ＧＢ／Ｔ１４４７．２００５纤维增强塑料拉伸性能试验方法　　超过５Ｏ个标准规范　—　１．ＧＢ／Ｔ２１４９０２００８结构加固修复用碳纤维片材　—　２．ＧＢ／Ｔ２１４９１２００８结构加固修复用芳纶布　　　　３．ＧＢ／Ｔ２６７４３．２０１１结构工程用纤维增强复合材料筋　—　　　　４．ＧＢ／Ｔ２６７４４２０１１结构加固修复用玻璃纤维片材　—　　　　　　５．ＧＢ／Ｔ２６７４５２０１１结构加固修复用玄武岩纤维复合材料　—　　　６．ＧＢ／Ｔ２９５５２２０１３纤维增强复合材料桥板　　７．ＧＢ／Ｔ结构用纤维增强复合材料拉挤型材（报批中）　　　　　　１．ＣＥＣＳ１４６：２００３碳纤维片材加固混凝土结构技术规程（２００７版）　—　２．ＧＢ５０３６７２０１３混凝土结构加固设计规范　　　３．ＧＢ５０６０８．２０１０纤维增强复合材料建设工程应用技术规范　　　４．ＪＧＪ／Ｔ纤维增强复合材料加固钢结构技术规程（报批中）　４结　语　　　土木工程与ＦＲＰ的其他应用领域不同，应用对　　　　象的尺度更大、时间更长，所面临的应用条件更为复　　杂多样。现代混凝土和钢材在土木工程中的大规模　　　　　应用也不到１５０年，ＦＲＰ在土木工程中相对更为年　　　轻，应用形式会越来越多，前景会越来越广阔。　参考文献　［１］叶列平，冯鹏．ＦＲＰ在工程结构中的应用与发展［Ｊ］．土木工程　—　学报，２００６，３９（３）：２４３６．　［２］冯鹏，叶列平，孟鑫淼．ＦＲＰ加固与增强金属结构的研究进展　　　　［Ｃ］．第２２届全国结构工程学术会议论文集第１册．２０１３．　　　　　　［３］岳清瑞．我国碳纤维（ＣＦＲＰ）加固修复技术研究应用现状与展　　　　望『Ｊ］．工、ｌ建筑，２Ｏ０ｏ，３０（１０）：２３．２６．　　　　　　　　［４］李荣，滕锦光，岳清瑞．ＦＲＰ材料加固混凝土结构应用的新领　　　域［Ｊ］．工业建筑，２００４，３４（４）．　—　　　　　　—　［５］ＨａｌｌｉｗｅｌｌＳ．Ｉｎｓｅｒｖｉｃｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｇｌａｓｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｃｏｎ　　　　　　　　　　　ｐｏｓｉｔｅｓｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇ．Ｐｒｏｃ．ｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ：　　—　ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｊ］．２００４，１５７（１）：９９１０４．　［６］蔡国宏．先进复合材料在桥梁中的应用现状和发展前景．高新技　　　　　　　　　术专题报道：中国交通．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｉｃｃ．ａｅ．ｃｎ／ｊｉａｏｔｏｎｇｋｊ／—　ｇａｏｘｉｎｊｓ／ｔ２００４０２１０８７９３．ｈｔｍ，２０００．　　　　　［７］沃丁柱．复合材料大全［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０００．　　　　　　　［８］ＭｅｉｅｒＵ．Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ．ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓ：ｍｏｄｅｍｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎ　　　　ｂｒｉｄｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９２，—　２（１）：７１２．　　　　［９］ＧＢ５０６０８．２０１０，纤维增强复合材料建设工程应用技术规范［ｓ］．　　　　　　　—　［１０］ＧｒｏｅｎｉｅｒＪＳ，ＥｒｉｋｓｓｏｎＭ，ＫｏｓｍａｌｓｋｉＳ．Ａｇｕｉｄｅｔｏｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　　　ｐｏｌｙｍｅｒｔｒａｉｌｂｒｉｄｇｅｓ［Ｒ］．　Ｐ，（　　４・ｏ．９　　　　　复合材料在土木工程中的发展与应用　　２０１４年９月　　　　　　　　　［１１］ＡｍｅｒｉｃａｎＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｆＳｔａｔｅＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＯｆｆｉｃｉａｌｓ　　　　（ＡＡＳＨＴＯ）．ＬＲＦＤｂｒｉｄｇｅｄｅｓｉｇｎｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｓ］．　　　　　　　［１２］土木学会（日本）．ＦＲＰ步道橘毅・施工指针（案）［Ｍ］．２０１１．　　　　　　　　　　　　—　［１３］ＡｙｅｒｓＳＲ，ＶａｎＥｒｐＧＭ．Ａｃｏｄｅｏｆｐｒａｃｔｉｃｅｆｏｒｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅ　　　　　　—　　ｓｉｇｎｏｆｆｉｂｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩＣＥＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，２００４，１５７（１）：３－８．　　　　　　　［１４］ＢａｋｈｔＢ，Ａ１－ＢａｚｉＧ，ＢａｎｔｈｉａＮ，ｅｔａ１．Ｃａｎａｄｉａｎｂｒｉｄｇｅｄｅｓｉｇｎ　　　　　　　ｃｏｄｅｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓｆｏｒｆｉｂｅｒ．ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍ－　　　ｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０００，４（１）：３－１５．　　　　　　　　　『１５］ＮａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｕｎｃｉｌｏｆＩｔａｌｙＡｄｖｉｓｏｒｙＣｏｍｍｉｔｔｅｅｏｎＴｅｃｈｎｉｃａｌ　　　　　　　　ＲｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓｆｏｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＧｕｉｄｅｆｏｒｔｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎ－　　　　　　　　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｍａｄｅｏｆＦＲＰＰｕｌｔｒｕｄｅｄＥｌｅｍｅｎｔｓ［Ｓ］．　　　　［１６］ＡｍｅｒｉｃａｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＡＣＭＡ）．Ｐｒｅ－　　　　　　—　ＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏａｄ＆ＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＦａｃｔｏｒＤｅｓｉｇｎ（ＬＲＦＤ）ｏｆＰｕｌｔｒｕｄ　　　　ｅｄＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｏｌｙｍｅｒ（ＦＲＰ）Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（Ｆｉｎａ１）［Ｓ］．　　　［１７］中国工程建设标准化协会．碳纤维片材加固修复混凝土结构技　术规程［ｓ］．　　　　［１８］岳清瑞，杨勇新．复合材料在建筑加固，修复中的应用［Ｍ］．化　　学工业出版社，２００６．　　　　　　　——　［１９］ＯｚｂａｋｋａｌｏｇｌｕＴ，ＬｉｍＪＣ．ＡｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＦＲＰｃｏｎ　　　　　　　　—　ｆｉｎｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｓｔｄａｔａｂａｓｅａｎｄａｎｅｗｄｅｓｉｇｎ　　　　ｏｒｉｅｎｔｅｄｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＢ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，５５：　６０７．６３４．　　　　　　　　　—　　［２０］ＷｕＹＦ，ＪｉａｎｇＣ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌｏａｄｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｒｅ－　—　　　ｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆ［２１］ＦＲＰｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１３，９８：２２８．２４１．　　　　　　［２１］ＦａｍＡ，ＲｉｚｋａｌｌａＳ．Ｌａｒｇｅｓｃａｌｅｔｅｓｔｉｎｇａｎｄａｎａ　　ｌｙｓｉｓｏｆｈｙｂｒ　　ｉｄｃｏｎ－　　　　—　　ｃｒｅｔｅ／ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓｆｏｒｃｉｒｃｕｌａｒｂｅａｍｃｏｌｕｍｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．　　　　ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００３，１７（６）：５０７－５１６．　　　　　［２２］ＭｉｒｍｉｒａｎＡ，ＳａｍａａｎＭ，ＣａｂｒｅｒａＳ，ｅｔａ１．Ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　　　　　　　　　ａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｏｆａｎｅｗｈｙｂｒｉｄｃｏｌｕｍｎ［Ｊ］．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９８，１２（１）：３９－４９．　　　　　　　—　　［２３］ＦａｍＡＺ，ＲｉｚｋａｌｌａＳＨ．Ｆｌｅｘｕｒａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｆｉｂｅｒ－　　　　　　　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒｃｉｒｃｕｌａｒｔｕｂｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒ—　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００２，６（２）：１２３１３２．　　　　　　　　［２４］ＢｕｒｇｎｅｎｏＲ，ＤａｖｏｌＡ，ＺｈａｏＬ，ｅｔａ１．Ｆｌｅｘｕｒａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｈｙｂｒｉｄ—　　　　　ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ／ｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍ／ｓｌａｂｂｒｉｄｇｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ［Ｊ］．　　—　ＡＣＩＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＪ．，２００４，１０１（２）：２２８２３６．　　　　　　［２５］袁华，薛元德．纤维增强塑料管混凝土性能的研究［Ｊ］．昆凝土　　与水泥制品，２０００，（６）：３４．３６．　　　　　　—　［２６］ＯｚｂａｋｋａｌｏｇｌｕＴ，ＩｄｒｉｓＹ．ＳｅｉｓｍｉｃＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＦＲＰＨｉｇｈＳｔｒｅｎｇｔｈ—　—　　　　—　ＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｅｅｌＤｏｕｂｌｅＳｋｉｎＴｕｂｕｌａｒＣｏｌｕｍｎｓ『Ｊ］．ＪｏｕｍａｌｏｆＳｔｒｕｅ　　ｒｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，１４０（６）．　　　—　—　　　——　［２７］ＬａｍＬ，ＴｅｎｇＪＧ．ＤｅｓｉｇｎｏｒｉｅｎｔｅｄｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｍｏｄｅｌｆｏｒＦＲＰｃｏｎ　　　　　ｆｉｎｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００３，１７—　（６）：４７１４８９．　　　　　　　［２８］ＯｚｂａｋｋａｌｏｇｌｕＴ，ＬｉｍＪＣ，ＶｉｎｃｅｎｔＴ．ＦＲＰ－ｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎ　　　　　　—　　ｃｉｒｃｕｌａｒｓｅｃｔｉｏｎｓ：Ｒｅｖｉｅｗａｎｄａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｍｏｄｅｌｓ　　［Ｊ］．ＥｎｇＳｔｒｕｃｔ，２０１３，４９：１０６８－１０８８．　　　　　　　　　　　［２９］ＴｅｎｇＪＧ，ＹａｏＪ．Ｓｅｌｆ－ｗｅｉｇｈｔｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆＦＲＰｔｕｂｅｓｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｗｅｔ—　—　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｔｈｉｎｗａｌｌｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０００，３８（４）：３３７３５３．‘　　　’　　　　　’‘　　’　　　　　　　　ＤＥＶＥＬ＿ＪＰＭＥＩＡＤＡＰＰＬＩＣＡＴｌ００Ｃ＿，ＭＰＵＳｌｌＥｌＣｌＶｌＬＥＧｌＥＥＲＩＧ　　ＦＥＮＧＰｅｎｇ　　　　　　（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　　　　—　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ（ＦＲＰ）ｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｎｅｗｍａｔｅｒｉａｌｉｎｃｉｖｉｌａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｎｇｉ　　　　　　　　　　　ｎｅｅｒｉｎｇ，ｂｕｔｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｕｎｉｑｕｅｐｈｙｓｉｃａｌ，ｃｈｅｍｉｃａｌ，ａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｙｈａｖｅｇｒａｄｕａｌｌｙｂｅｃｏｍｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　—　ａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｏｌｋｉｔ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｒｖｅｙｓｔｈｅｕｓｅｏｆＦＲＰｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅ　　　　　　　　　　　　—　ｍｅｎｔ，ｃａｂｌｅｅｌｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＦＲＰｂｏｔｈｉｎｅｏｍ　　—　　　　　　　　　　　　—　ｐｏｓｉｔｅａｎｄｐｕｒｅＦＲＰｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔｈｉｇｈｌｉｇｈｔｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｖａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｒｉｏｕｓｃｏｄｅｓｐｅｒｔａｉｎｉｎｇｔｏｔｈｅｕｓｅｏｆＦＲＰｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＣｈｉｎａｗｉｔｈａｎｅｙｅｔｏｗａｒｄｓｅｎｃｏｕｒａｇｉｎｇｂｅｔｔｅｒ　　　　　　　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｕｓｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａ１．　　　　　　　　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｕｒｅ－ＦＲＰｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；　　ｓｔａｎｄａｒｄｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　　　　ＦＲＰ／ＣＭ２０１４Ｉ、ｉ０曩９