1 成果簡介

從上世紀 70 年代開始，纖維增強復合材料（ FRP）以其高強、輕質、耐腐蝕等優點，成為土木工程的一種新型結構材料，并逐漸被應用到廣泛的工程實踐中。輕質高強是 FRP材料最突出的特點。它的強度是鋼材的 20~50 倍，但比重只為鋼材的四分之一左右。其次，FRP 材料較其他傳統材料相比，具有良好的耐腐蝕性，可以在酸、堿、氯鹽和潮濕的環境中抵抗化學腐蝕。此外， FRP 材料還有透電磁波、絕緣、隔熱和熱漲系數小等諸多優點。如今，FRP 復合材料已列入七大重點發展戰略性新興產業之中的新材料領域，并且已在土木工程領域中的加固補強、維護防腐等諸多方面得到很好的應用。 從 1970 年代開始， FRP 就開始在諸如英國、美國和以色列等國家的橋梁建設中進行嘗試應用。九十年代初， FRP 在橋梁建設的應用中不斷增加，如美國，日本和瑞士等國。近年來，隨著 FRP 在結構工程中被逐漸接受， FRP 在橋梁結構中的應用迅速發展，世界各地有各種結構形式的 FRP 橋梁相繼建成，目前已經超過 100 座應用案例，主要集中在歐美、日本以及澳大利亞等國家。FRP 橋梁應用技術所帶來的低投入和高回報的特點是外國政府企業近年來熱衷于此項技術的根本原因，而 FRP 材料的以下優點也是促進其發展的源動力： （ 1） 預制件制造，架設成本低。因大量采用輕質的 FRP 拉擠成型構件，可大大縮短施工時間和架設與施工時對道路的要求，并為投資者在人力物力上節約大量開支。例如，亞特蘭大橋 1 天；紐約州橋 36 小時；莫斯科人行橋 3 小時； Parsons 橋 4 小時。 （ 2） 優良的耐久性。 FRP 材料具有高耐腐蝕性，耐老化和耐疲勞等特征， FRP 橋梁擁有其他橋梁所不具備的超低維護費用，并且使用壽命較其他橋梁更長。因此橋梁的全壽命周期投資成本大大低于其他橋梁。 （ 3） 施工速度快，交通影響小。由于 FRP 橋梁架設速度快，施工周期短，如在國內交通壓力較大的城市中使用，可大大降低因施工而造成的道路擁堵的時間，從而大大減少社會成本消耗和社會輿論壓力。 （ 4） 資源可持續利用。由于 FRP 橋梁較其他橋梁資源消耗少，并且在生產和建設過程中能源消耗比普通鋼材或混凝土少一倍以上，因而可大量降低溫室氣體排放和對資源的依賴性。從某種程度上講， FRP 橋梁應用技術是一種符合國家經濟建設需求的集節能減排和低資源依賴性技術于一體的高新技術產品。 雖然 FRP 的優點已得到工程研究和應用領域的認可，但第一代的 FRP 結構依然存在著諸多問題，比如高成本，脆性破壞模式，耐火性能差等。消除這些問題的一種有效方法就是將 FRP 材料與傳統的建筑材料結合，比如混凝土、鋼材。 2003 年前后，清華大學、北京玻璃鋼研究設計院、中冶建筑研究總院等單位對高性能 FRP 橋梁開展了有關基礎科學問題的研究和設計計算理論與方法的研究下，取得了一定的研究成果，如纖維纏繞橋面板、 FRP-混凝土組合橋面板、 FRP 橋索等。為了填補我國在 FRP 橋應用技術相關領域的空白，在國家科技部的大力支持下，清華大學土木工程系經過多年的理論分析和試驗研究，對一系列全FRP 橋梁以及 FRP 組合橋梁體系應用前景進行了充分的論證，開發出一整套適合當前中國橋梁建設條件的 FRP 橋梁應用技術,并已完成兩座示范性 FRP 人行橋應用工程。

2 應用說明

該技術可廣泛應用于跨度不大于 50 米的橋梁，特別是在道路壓力大的城市路段，交通不便的偏遠地區，有高耐腐蝕需求的海岸工程和有特殊施工要求（如不能明火等）的地區等有著極好的投資回報。

3 效益分析

石家莊 FRP 橋梁應用技術示范橋： FRP #1 和#2 橋，見下圖。工程預算略高于普通人行橋梁大約 10%，但在完工時，發現建造費用與普通鋼混橋梁大體相當。原因在于預算中過高估算了 FRP 橋梁施工費用。如再將 FRP 橋梁超低維護費和使用壽命長等因素計算在內，FRP 橋梁有著遠遠超越其他橋梁的高性價比。 

 上圖： 石家莊 1 號 FRP 橋                             上圖： 石家莊 2 號 FRP 橋

4 合作方式

技術服務和技術轉讓。