English
簡體中文
鋼材銹蝕和混凝土劣化是影響鋼筋混凝土構(gòu)件和鋼構(gòu)件耐久性的主要原因，它不僅影響著結(jié)構(gòu)的使用壽命，還會(huì)導(dǎo)致許多安全隱患，甚至造成事故。由于橋梁結(jié)構(gòu)長期暴露在自然環(huán)境中，加上寒冷地區(qū)的除冰鹽、近海地區(qū)的氯離子等原因，使得橋梁結(jié)構(gòu)的銹蝕退化問題尤為突出。其中橋面板等上部結(jié)構(gòu)直接承受輪壓荷載和除冰鹽，腐蝕損壞為嚴(yán)重，不僅對結(jié)構(gòu)安全形成潛在威脅，還帶來很大的交通安全隱患。因此，橋面結(jié)構(gòu)的劣化一直是困擾公路橋梁的一個(gè)“頑疾”。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)有很好的耐腐蝕性能，因此用FRP作為橋面結(jié)構(gòu)是獲得堅(jiān)固耐久的橋梁上部結(jié)構(gòu)的一種有效方式。
FRP橋面體系與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土橋板相比有以下優(yōu)勢：
(1)工廠中加工成型，重量很輕，安裝速度快；
(2)能夠抵抗除冰鹽、海水、空氣中氯離子的侵蝕，維護(hù)費(fèi)用低；
(3)恒載小，可減少支撐結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)的荷載；
(4)彈性結(jié)構(gòu)，并且通常設(shè)計(jì)截面尺寸由撓度控制，偶爾超載可以彈性恢復(fù)；
(5)疲勞性能好。
在工程應(yīng)用中，可以直接用FRP橋面體系建造新橋梁，也可以用于舊橋修復(fù)，即用FRP橋板替換原有的混凝土橋板，可減輕橋面結(jié)構(gòu)自重，甚至可以提高荷載等級(jí)，并具有更好的耐腐蝕性。
從20世紀(jì)70年代開始，在英國、、保加利亞、美國、日本等地都有一些試驗(yàn)性的FRP橋梁建成。我國1982年在北京密云建成了一座跨徑20.7m、寬9.2m的GFRP蜂窩箱梁公路橋，箱梁構(gòu)造如圖10.1-1(a)所示。該橋?yàn)樯献鵉RP結(jié)構(gòu)的公路橋，設(shè)計(jì)荷載為汽車-15級(jí)，掛車-80級(jí)。1987年經(jīng)過一次改造，承重結(jié)構(gòu)改為鋼筋混凝土面板―GFRP箱梁組合結(jié)構(gòu)，(見圖10.1-1(6))，建成使用23年后，因道路擴(kuò)寬拆除。同期，國外也在進(jìn)行FRP橋梁的研究，并有一些試驗(yàn)性的橋梁相繼建成，這些研究的出發(fā)點(diǎn)都是利用FRP輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)來建造大跨度的橋梁。20世紀(jì)90年代中期，在北美地區(qū)，隨著公路橋梁中橋面結(jié)構(gòu)劣化問題的日漸突出，用FRP建造橋面體系來獲得良好的耐久性成為橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用FRP的主要原因，1996年開始在實(shí)際工程中試用。此后，F(xiàn)RP橋面體系在美國和加拿大發(fā)展迅速，目前美國已有近百座橋梁采用了FRP橋面體系，并進(jìn)行了大量的相關(guān)研究。
在我國，相關(guān)的研究工作起步較早，但應(yīng)用開發(fā)比較滯后。在早期交通部公路科研院、重慶交通學(xué)院等單位都曾進(jìn)行過FRP橋梁體系的相關(guān)研究，近期清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)和蘭州交通大學(xué)等單位也開始從事FRP橋面體系的研究，但相應(yīng)的產(chǎn)品和應(yīng)用不多。清華大學(xué)和北京玻璃鋼研究院聯(lián)合開發(fā)了高性能FRP橋面板體系，并進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
美國1996年以后開始在公路橋梁的改造中大量采用FRP材料。1996年，美國Kansas州Russell的無名溝壑上架起了座采用FRP橋面板的公路橋，如圖10.1-2。該橋凈跨6.48m，寬8.46m，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)HS-20級(jí)，現(xiàn)場施工只用了8小時(shí)。同年，加州大學(xué)SanDiego分校的研究者也將FRP橋板安放在公路上進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。此后FRP橋面的應(yīng)用發(fā)展迅速，Ohio州甚至制訂了6年內(nèi)在100座橋梁中應(yīng)用FRP橋面的計(jì)劃。在英國、荷蘭、韓國等地也有一些FRP橋面建成。到目前為止，范圍內(nèi)采用FRP結(jié)構(gòu)和FRP組合結(jié)構(gòu)的橋梁已經(jīng)超過了100座，大約有80%為FRP橋面體系，材料絕大部分為GFRP，其中大多數(shù)在美國。
