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FRP橋面結(jié)構(gòu)體系的研究是從20世紀(jì)80年代開始的。早從事FRP空心橋面板研究的是美國北卡州立大學(xué)的Henry。1985年，他研究了圖10.3―1所示的四種截面形式的FRP空心橋面板?？招陌鍣M向受彎，相當(dāng)于一個(gè)桁架。Henry用有限元分析對(duì)比了它們的性能，發(fā)現(xiàn)X形構(gòu)件的性能優(yōu)，并對(duì)它進(jìn)行了深入的分析。這項(xiàng)研究主要進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，沒有制作出構(gòu)件，也沒有考慮加工方法。1990年，Plecllik等人在Henry研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了X形截面空心板的試驗(yàn)研究：用纏繞工藝制作三角形和菱形的芯管拼組成X形芯材，上下粘結(jié)手糊的面板，全部采用GFRP。通過3個(gè)簡支板和1個(gè)連續(xù)板的靜力試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，構(gòu)件的剛度能滿足實(shí)際使用的要求，構(gòu)件的破壞都是從粘結(jié)層的剝離或板內(nèi)的分層開始的。McGhee等人還開發(fā)了一個(gè)FRP空心板設(shè)計(jì)分析的軟件包，對(duì)這4種截面形式FRP空心板的縱向受彎性能進(jìn)行優(yōu)化。
1991年，Bakeri等人參照前面的研究提出了一類變截面的FRP空心板，并設(shè)計(jì)了多種截面形式，其中有一種采用了混凝土面層。變截面FRP空心板擬采用拉擠型材拼裝，板厚與Henry和Plecnik的設(shè)計(jì)相同，考慮了纖維的鋪層角度，并用有限元軟件進(jìn)行了分析，但沒有制作出實(shí)際的構(gòu)件。實(shí)際上，這種FRP空心板尺寸較大且形狀復(fù)雜，全部采用拉擠的方法制作幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。
1994年，西弗吉尼亞大學(xué)的研究者開始用GFRP型材進(jìn)行組合用于橋梁結(jié)構(gòu)。他們用工形截面梁、方孔板、槽形件、泡沫填芯槽形件以及平板5種拉擠型材組合成箱梁，用工形截面梁和方孔板組成如圖10.3―2所示的空心橋面板。通過試驗(yàn)研究了FRP型材組件、栓接和粘結(jié)組合成的FRP空心板以及固定在支承鋼梁上的FRP空心板系統(tǒng)這三層次上的結(jié)構(gòu)剛度和極限承載力，提出了FRP受彎構(gòu)件的簡化層合梁理論(SLBT)和半經(jīng)驗(yàn)性節(jié)點(diǎn)剛度計(jì)算方法，同時(shí)還為這種形式的FRP空心板提出一套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析方法。
1995年，英國．Maunsell公司也開發(fā)了一套的FRP拉擠型材組合系統(tǒng)，可將2塊FRP方孔板用一個(gè)骨頭狀的連接件銷接連接，稱為ACCS(Advance Composite Construction System)系統(tǒng)，可以用于人行橋、建筑和橋梁封護(hù)系統(tǒng)。Hollayway等人用該系統(tǒng)拼裝成箱梁，進(jìn)行了受彎試驗(yàn)，并用動(dòng)力和靜力的非線性有限元破壞分析。2003年，清華大學(xué)口明對(duì)該體系中的FRP空心板的受力性能進(jìn)行了研究，通過試驗(yàn)和有限元分析研究了其剛度、應(yīng)力分布和破壞特征，并為改善其性能提出了方案。
1996年，加州大學(xué)San Diego的Karbha ri等人開始對(duì)FRP空心橋面板進(jìn)行研究，通過試驗(yàn)比較了8種不同截面形式、不同制作方法的FRP空心板構(gòu)件，并將它們的荷載―位移曲線進(jìn)行了比較：手糊和RTM制作的三角形斷面的泡沫夾心板都出現(xiàn)了“偽延性”；對(duì)于不同的截面形式的空心板：三角形斷面、方形斷面和梯形斷面，剛度依次降低，而承載力依次提高。此后，以Kings Storm Water橋?yàn)楣こ瘫尘?，開發(fā)研究了FRP管混凝土梁組合FRP空心板的橋梁體系，并開展了一系列的研究。對(duì)于FRP空心板，分析比較了多種FRP空心板的性能，終選擇了面板一芯管組合體系進(jìn)行了試驗(yàn)和工程應(yīng)用。在這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，MMC公司開發(fā)了拉擠組合橋板Duraspan。
同年，Aref等人提出一個(gè)全部采用纖維纏繞的FRP橋面板的形式：內(nèi)芯為纏繞管，外部用纏繞將多個(gè)內(nèi)芯包裹在一起。對(duì)這種形式的。FRP空心板的進(jìn)行了等效簡化和優(yōu)化分析，并進(jìn)行了有限元分析，與不加外部纏繞的構(gòu)件進(jìn)行了對(duì)比；還定性討論了外部纏繞的效果和內(nèi)部芯管與外部面層的相互作用；但沒有進(jìn)行試驗(yàn)研究。
1997年，Zureick用有限元軟件比較了多種截面形式的FRP空心板，以小重量為目標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)箱形和V形是有效的截面形式，梯形優(yōu)化后變成了箱形。此后，對(duì)這兩種截面形式的空心板進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)際變形比計(jì)算結(jié)果大。后來，Brown和Zureick設(shè)計(jì)并研究了一種FRP空心板：三維編織拉擠的三角形管，面板為手糊層鋪，分別進(jìn)行了FRP空心板縱向和橫向受彎以及局部受壓的試驗(yàn)，并用有限元軟件對(duì)整個(gè)橋面板系統(tǒng)(FRP空心板在支承梁)進(jìn)行了分析。
同年，西弗吉尼亞大學(xué)的Davalos和Qiao等人提出了一個(gè)全部由FRP型材組成的梁板體系，其中的橋面板由矩形斷面的FRP拉擠方管并排列粘結(jié)在一起組成，支承梁為也為FRP梁。他們對(duì)材料鋪層、FRP組件和整個(gè)梁板體系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：用薄壁層合梁理論計(jì)算FRP型材的剛度系數(shù)，將FRP組合空心板等效為正交各向異性板，再利用一階剪切變形理論計(jì)算變形；推導(dǎo)了FRP型材屈曲的計(jì)算方法并用于設(shè)計(jì)；用Tsai―Hill準(zhǔn)則進(jìn)行層破壞預(yù)測；開發(fā)了計(jì)算程序FEMBEAM完成部分設(shè)計(jì)計(jì)算；還進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，與計(jì)算結(jié)果吻合較好。2003年，北卡州立大學(xué)的Wu在碩士論文中對(duì)這種FRP空心板進(jìn)行了改進(jìn)，在橫向增加了一道預(yù)應(yīng)力筋擠緊FRP管，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析。UMR的研究者直接用拉擠方管拼接形成全FRP梁，并進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，包括組件管材、組合成的梁以及全橋的試驗(yàn)和有限元分析，建成了一個(gè)跨度為9.1m的公路橋，并安裝在校園內(nèi)，如圖10.3―3。
同在1997年，西弗吉尼亞大學(xué)的Lopez-Anido等人開發(fā)出了一種組件拼裝蜂窩形斷面形式的FRP空心橋面板，進(jìn)行了從構(gòu)件設(shè)計(jì)、靜力試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)到試點(diǎn)工程的系列研究。這種空心板由帶肢的雙梯形組件與六邊形截面組件組合而成，如圖10.3―4所示。組件由VARTM或拉擠工藝制成，從試驗(yàn)結(jié)果來看，VARTM構(gòu)件的剛度略低，但承載力較高，終破壞模式也不同：VARTM構(gòu)件以屈曲和豎向剪切破壞為主，而拉擠構(gòu)件則以組件間剝離和水平剪切破壞為主。
1998年，Estrada提出用拉擠方管拼合并上下粘貼拉擠面板來組成FRP空心橋面板的方案，但并沒有深入研究。Virginia Tech的學(xué)者則對(duì)這種FRP空心板進(jìn)行了系統(tǒng)的研究：用真空袋壓輔助將方管和平板粘結(jié)，并用橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋拉接增強(qiáng)錨固，并與Strongwell公司合作，前后生產(chǎn)了四代FRP空心板。進(jìn)行了多種工況下的靜載試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)以及有限元分析，還在一個(gè)磅站的路面上安裝，進(jìn)行了長期的監(jiān)測；提出了等效彈性板的方法計(jì)算構(gòu)件剛度，用破壞函數(shù)法預(yù)測破壞荷載。Mosallam等人也對(duì)這種形式的橋面面板進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并且進(jìn)行了改進(jìn)：在面板中混入了碳纖維，跨中局部用夾心板進(jìn)行了加厚；還用有限元軟件模擬了構(gòu)件的破壞模式。
2000年，williams等人研究了一種FRP空心板，其截面形狀與Brown和Zure―ick研究的FRP空心板類似，不同的是三角形芯管為纏繞成型，并在空隙處嵌入了FRP棒。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：上面板屈曲、下面板剝離、纏繞管屈曲以及FRP棒滑移是這種FRP空心板的主要破壞形式。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)這種FRP板進(jìn)行了改進(jìn)，用外部纏繞纖維進(jìn)行加強(qiáng)，并建議了FRP板剛度計(jì)算的步驟和方法。
2001年后，以實(shí)際工程為背景，關(guān)于FRP夾心橋面板的研究相繼發(fā)表。FRP夾心橋面板一般都是手糊或VARTM制成，纖維方向的布置比較靈活。以采用正交縱橫肋板的FRP夾心板的Bentley Creek橋?yàn)楸尘?，He和Aref對(duì)設(shè)置正交縱橫肋板的FRP夾心板進(jìn)行了深入研究：先采用遺傳優(yōu)化算法以構(gòu)件重量小和剛度重量比大為目標(biāo)，對(duì)面板鋪層層數(shù)、角度、厚度以及縱橫肋板間距和厚度進(jìn)行了優(yōu)化分析，其中結(jié)構(gòu)變形和承載力分析采用簡化的Ritz方法和簡化的半解析法；還用有限元軟件分析FRP夾心板在全橋中的破壞。以美國896號(hào)公路上1―351橋?yàn)楸尘?，Delaware大學(xué)的Eckel II對(duì)正交縱橫肋板FRP夾心板進(jìn)行了深入研究：用層合板理論和各向異性夾心板理論對(duì)分析了FRP夾心板的性能，并進(jìn)行了足尺的靜載試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)，還用有限元軟件進(jìn)行了計(jì)算。以采用波狀?yuàn)A心板的St.Johns Street橋、Jay Street橋?yàn)楣こ瘫尘?，Stone和Nanni為這兩座橋進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了靜載試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)，還在現(xiàn)場進(jìn)行了加載試驗(yàn)。Davalos和Qiao等人則對(duì)這種形式的FRP空心板提出了等效剛度方法，并對(duì)構(gòu)件的變形進(jìn)行了計(jì)算，并通有限元計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證了這一方法的準(zhǔn)確性；還研究了面層中纖維鋪層對(duì)構(gòu)件性能的影響。2004年，Reis等人還研究了三維編織FRP夾心橋面板的受力性能，進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究(圖10.3―5)。
2001年，歐盟從1998年開始聯(lián)合研制的ASSET(Advanced Structure System for Tomorrow’s Infrastructure)系統(tǒng)開發(fā)成功，并開始進(jìn)行應(yīng)用研究。ASSET系統(tǒng)為三角形腔的拉擠組件組成，單個(gè)組件可以是兩或四個(gè)腔的平行四邊行或者是三個(gè)腔的梯形，通過伸出的肢翼相互連接。瑞典的Zetterberg等人研究了組件之間的連接，對(duì)粘結(jié)和螺栓連接2種情況都進(jìn)行了有限元模擬和分析，粘結(jié)效果相對(duì)好些。英國的Lake等人對(duì)ASSET橋板系統(tǒng)的性能進(jìn)行了靜載、疲勞和徐變的試驗(yàn)，用有限元軟件進(jìn)行了模擬，并設(shè)計(jì)了West Mill橋，跨度為10m的車行橋。我國同濟(jì)大學(xué)的傅翰香等人利用有限元分析軟件對(duì)類似這種斷面形式的FRP空心板進(jìn)行了有限元分析，對(duì)比了不同鋪層、板厚的組件方案。與這種截面形式類似的還有MMC公司開發(fā)DuraSpan的第三代和第四代產(chǎn)品，也是用二腔FRP拉擠構(gòu)件粘結(jié)而成。Cassity等人進(jìn)行了靜載和疲勞試驗(yàn)，顯示出其作為FRP橋板的優(yōu)越性能。2004年，Moon II等人則研究了通過試驗(yàn)這種體系與鋼梁三種連接方式，推薦了其中性能相對(duì)較好的一種。Keelor等人則研究了這種體系與鋼梁之間的組合作用，并在實(shí)橋上進(jìn)行了試驗(yàn)，得到中間梁上FRP空心板的有效寬度約為75％的梁間距。Keller等人對(duì)FRP空心板體系進(jìn)行了單點(diǎn)加載的彎曲試驗(yàn)，并進(jìn)行了有限元模擬，發(fā)現(xiàn)破壞模式主要都是分層破壞和剝離破壞后的局部屈曲。韓國的Lee等人參照這種截面形式用遺傳算法軟件包配合有限元軟件對(duì)截面的鋪層進(jìn)行了優(yōu)化，并把斜腹板改為直腹板進(jìn)行了彎曲破壞和腹板屈曲破壞的試驗(yàn)研究。2002年，西弗吉尼亞大學(xué)的Howard也研究了一種與這種形式類似的截面，進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，分析了FRP組件的剛度和破壞模式，并研究了與鋼梁結(jié)合后剛度。
綜上，目前已經(jīng)形成了較多的FRP橋面板的產(chǎn)品，并且進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，主要集中在下面四個(gè)方面：
(1)靜載性能：包括組件、組件間連接、FRP空心板以及梁板體系的彎、剪以及局部承壓試驗(yàn)；
(2)疲勞試驗(yàn)：一般為FRP空心板或梁板體系的試驗(yàn)；
(3)組合性能試驗(yàn)：FRP梁板的連接和組合作用的試驗(yàn)；
(4)現(xiàn)場試驗(yàn)：以工程為依托，量測FRP空心板結(jié)構(gòu)體系在工作荷載下的靜力和動(dòng)力特性，或進(jìn)行長期的健康監(jiān)測，并結(jié)合光纖監(jiān)測、無損檢測等技術(shù)。
理論分析和計(jì)算主要集中在以下三個(gè)方面：
(1)截面形式分析：通過理論計(jì)算或有限元軟件對(duì)不同的截面形式進(jìn)行對(duì)比；
(2)FRP組件優(yōu)化：利用優(yōu)化軟件或程序結(jié)合有限元軟件和簡化分析方法對(duì)FRP板或組件的形狀、尺寸、鋪層等方面進(jìn)行優(yōu)化；
(3)構(gòu)件變形及承載力分析，編寫計(jì)算程序或采用有限元軟件以及簡化方法計(jì)算FRP橋面結(jié)構(gòu)的變形，及發(fā)生層破壞的荷載。