2010-9-7 來源:frponline
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 橋梁養(yǎng)護(hù) 美國
美國擁有世界上最發(fā)達(dá)的交通運(yùn)輸網(wǎng)，國道里程達(dá)46400多英里。全美統(tǒng)計(jì)在冊的600000座橋梁的平均壽命為45年，而發(fā)展并引進(jìn)高性能結(jié)構(gòu)材料，可以使結(jié)構(gòu)更耐久、更穩(wěn)固。美國聯(lián)邦公路局（FHWA）在使用高性能混凝土（HPC）、高性能鋼材（HPS）及纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）復(fù)合材料方面提出了創(chuàng)新。
具有高抗腐蝕性與抗疲勞性的輕量的復(fù)合材料在當(dāng)今的結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用中是非常需要的。在聯(lián)邦政府法規(guī)（TEA-21 and SAFETEA-LU）下，經(jīng)過十年的創(chuàng)新橋梁研究與施工方案的實(shí)施，F(xiàn)RP復(fù)合材料技術(shù)已經(jīng)成功地展示了其在橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的潛力。以下列出了四種主要應(yīng)用類型：
1、新橋梁橋面板系統(tǒng)施工
2、使用混合材料的新橋梁施工
3、橋梁加固與維修
4、柱的抗震改建
FRP新橋梁橋面板系統(tǒng)
這種橋面系統(tǒng)中有很多都是由玻璃纖維與聚酯或乙烯基酯類樹脂生產(chǎn)的專用產(chǎn)品。它們要么用在全厚部分，要么用在部分厚度部分來匹配現(xiàn)有的混凝土橋面面板。全厚面板（最小20.3cm）隨結(jié)構(gòu)形狀形成，并由車間預(yù)制成易于運(yùn)輸和快速利用的標(biāo)準(zhǔn)板件。這些板件在現(xiàn)場拼裝，通常被固定在橫梁和/或縱梁支承體系上。
FRP復(fù)合材料橋面的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、強(qiáng)度高與性能高。同時(shí)FRP復(fù)合材料橋面有高的抗化學(xué)與抗腐蝕性，易于處理、運(yùn)輸及安裝。它的輕重量（88～171kg/m2,沒有磨耗鋪裝面層）減少了總體上部結(jié)構(gòu)重量與地基要求。在高地震區(qū)，對減少質(zhì)量有很高的要求。雖然復(fù)合材料有很高的拉伸強(qiáng)度，目前的橋面設(shè)計(jì)由剛度控制。玻璃纖維增強(qiáng)（FRP）復(fù)合材料的剛度模量大約是鋼材的五分之一。除高或極高模量的碳材料之外，典型的碳纖維的剛度模量比鋼材料稍高一點(diǎn)。對于具體施工與連接細(xì)部則需要進(jìn)一步研究與測試，以確保其抗疲勞性、使用壽命以及可施工性的良好設(shè)計(jì)。
FRP混合體系
美國統(tǒng)計(jì)在冊的600000座橋梁的平均壽命為45年，而發(fā)展并引進(jìn)高性能結(jié)構(gòu)材料，可以使結(jié)構(gòu)更耐久、更穩(wěn)固。美國聯(lián)邦公路局（FHWA）在使用高性能混凝土（HPC）、高性能鋼材（HPS）及纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）復(fù)合材料方面做出了創(chuàng)新。
混合體系可分為兩種類型：用復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)復(fù)合產(chǎn)品和由復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。前者涉及一個(gè)產(chǎn)品級別定義，即由碳、玻璃纖維、芳綸纖維與樹脂結(jié)合形成一種單向結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如層合板或薄板、桿或預(yù)應(yīng)力筋及纖維絞線。后者涉及一個(gè)系統(tǒng)級別定義，即將FRP復(fù)合材料部件整合到由傳統(tǒng)材料組成的結(jié)構(gòu)件中。美國混凝土協(xié)會（ACI Committee 440）已經(jīng)公布了FRP相關(guān)應(yīng)用的幾種設(shè)計(jì)指南。
設(shè)計(jì)混合結(jié)構(gòu)時(shí)，關(guān)鍵是戰(zhàn)略性地應(yīng)用FRP復(fù)合材料的高拉伸強(qiáng)度，同時(shí)利用傳統(tǒng)材料的高抗壓強(qiáng)度與高剛度。FRP復(fù)合材料的高拉伸強(qiáng)度來自它的單向纖維平行于施加荷載的軸線。與混凝土的高抗壓強(qiáng)度相比，F(xiàn)RP纖維主要增強(qiáng)復(fù)合材料的高拉伸強(qiáng)度，而樹脂骨架僅僅增強(qiáng)一小部分抗壓強(qiáng)度。復(fù)合體系的應(yīng)用將幫助喜歡用傳統(tǒng)材料的橋梁工程師樹立信心。
美國統(tǒng)計(jì)在冊的600000座橋梁的平均壽命為45年，而發(fā)展并引進(jìn)高性能結(jié)構(gòu)材料，可以使結(jié)構(gòu)更耐久、更穩(wěn)固。美國聯(lián)邦公路局（FHWA）在使用高性能混凝土（HPC）、高性能鋼材（HPS）及纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）復(fù)合材料方面做出了創(chuàng)新。
FRP復(fù)合材料的輕質(zhì)在預(yù)應(yīng)力應(yīng)用與大跨度斜拉橋和懸索橋的應(yīng)用上有巨大的潛力。FRP復(fù)合材料可以解決大跨度橋梁上多余線纜的恒載及腐蝕問題。下一代大跨度索橋結(jié)構(gòu)應(yīng)該考量這種新材料技術(shù)的使用及其在大跨度橋梁應(yīng)用上的進(jìn)一步發(fā)展。
FRP橋梁加固與維修
FRP復(fù)合材料的第二個(gè)主要應(yīng)用是使用FRP層合板、桿及濕敷纖維布粘結(jié)在混凝土上來維修。表面粘結(jié)復(fù)合材料已經(jīng)用于很多的混凝土橋梁加固與維修上。FRP復(fù)合材料包裹可以成功用于鋁制結(jié)構(gòu)維修，同時(shí)美國國家公路與運(yùn)輸協(xié)會正在推廣這一市場成熟的維修技術(shù)�？偟膩碚f，F(xiàn)RP維修技術(shù)節(jié)約成本，易于設(shè)計(jì)、安裝與檢測。在橋梁加固方面，鋼筋混凝土梁可以增大對剪切荷載和彎曲荷載的承載能力�；炷涟蹇梢栽鰪�(qiáng)彎曲荷載的承載能力。當(dāng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用合理時(shí)，可以使用FRP復(fù)合材料成功地維修橋梁，達(dá)到無需更換整個(gè)結(jié)構(gòu)就能延長橋梁使用壽命的目的。
FRP-柱的抗震改建
美國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的發(fā)展是一個(gè)不斷演變的過程，通常是通過對時(shí)間與地震事件的真實(shí)試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。在1989年奧克蘭絡(luò)瑪-譜雷塔大地震發(fā)生后，加利福尼亞交通部（CALTRANS）率先將FRP復(fù)合材料應(yīng)用在了混凝土橋墩柱的加固上。用1971年以前的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)的墩柱被發(fā)現(xiàn)在抗剪承載力、延性與塑性鉸的約束性方面均存在不足。加利福尼亞交通部已經(jīng)使用FRP復(fù)合材料加固了數(shù)千座混凝土橋墩柱。產(chǎn)品分為三類：纖維線纏繞、手工包纖維板與預(yù)塑圓柱殼。使用FRP加固橋梁抗震性能經(jīng)歷了大量的試驗(yàn)及巨大的發(fā)展，而且這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是一種成熟的加固方法。