FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用

FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用

白鹏

兴安盟交通运输事业发展中心乌兰浩特分中心  内蒙古自治区兴安盟 137400

摘要：在现代桥梁隧道工程中，FRP材料的应用价值极为突出，可充分发挥其实际优势，提升桥梁隧道工程的整体构建效果。本文介绍FRP材料的多方面特点，分别分析其在桥梁工程与隧道工程加固等方面的应用，最后提出了有关于FRP材料应用的建议。

关键词：FRP材料；特点分析；桥梁隧道；工程应用

FRP材料即纤维增强复合塑料，在工程实践中的应用优势极为突出，属于复合材料，以合成树脂为基体，以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维以及氧化铝纤维等作为增强材料。在桥梁隧道工程中，FRP材料具有显著优势与价值，可明显提升补强加固的整体效果。

1 FRP材料的特点分析

1.1质量轻，密度小

与传统结构材料相比，FRP材料的自重相对较轻，单位体积的重量较低，且理论极限跨度较高，可满足大跨空间结构体系的实际应用需求，是工程实践应用中的理想替代性材料。在密度方面，由于FRP材料自身特性，因此具有较小密度，比模量高，可承受更大的外来荷载强度，便于在工程实践中高效灵活使用。

1.2耐腐蚀强

得益于自身结构条件，FRP材料具有较强的耐腐蚀性，可在酸性环境、碱性环境或潮湿环境中使用，这也决定了其具有较为宽泛的适用范围。工程实践表明，FRP材料在化工建筑、海洋工程及盐渍地区地下工程中均可取得良好应用效果。在桥梁隧道工程中，FRP材料的应用可延长工程使用寿命，降低桥梁隧道工程的维护管理成本，保证实际使用中的经济性[1]。

1.3可设计性强

在当前技术条件下，桥梁隧道工程的补强加固的实施条件愈发复杂，这不仅表现在技术层面，也表现在实施环境层面，而FRP材料的可设计性相对突出，即便对于复杂且有限的施工环境而言，依然可发挥出理想效用。在FRP材料的可设计性条件下，其强度指标与弹性模量等均可得以全面优化，满足桥梁隧道工程结构的技术要求。

1.4抗疲劳性强

受长期外来荷载作用的影响，桥梁隧道工程结构会出现相应疲劳状态，若不能采用合适材料对其结构进行补强，则势必会缩短结构寿命，影响桥梁隧道安全。而FRP材料具有较好的抗疲劳性优势，可在实际应用中与桥梁隧道结构融为一体，以此强化提升其整体荷载效能，这是传统结构材料所难以达到的。

除上述方面的显著特点外，FRP材料还具有较高的抗拉强度和电磁绝缘性能等。

2 FRP材料在桥梁隧道工程中的应用

2.1在老旧桥梁改造中的应用

在长期外部荷载作用下，桥梁工程整体结构的疲劳系数将明显增大，整体稳定性等参数明显下降，需要及时采取科学合理的技术措施予以改造加固。通过运用FRP材料，可明显提升老旧桥梁的承载能力，改善其整体强度，尤其在FRP材料抗腐蚀性优势的支持下，老旧桥梁即便在相对潮湿环境中依然可形成良好的加固效果。与传统增大桥梁结构截面积法或粘钢法相比，FRP材料的便捷性更强，可在同样荷载范围内承担更大的外部强度。钢结构中含有碳元素，FRP材料的应用需提前采取相应措施，确保弹性需求[2]。

2.2代替普通钢材料

按照桥梁结构的整体构造状态，钢材料在整个结构中的应用范围较大，但其综合抗腐蚀性会随着时间的延长而下降，而FRP材料所具有的较高耐腐蚀性，则可代替普通钢材料，实现普通钢材料向FRP材料的有机转换。通常情况下，FRP材料的应用应充分把握其与混凝土材料之间的黏结性，在FRP材料初步塑造出轮廓形状后，循序进行挤压和打磨等处理，强化FRP材料表面的光洁度，以提升FRP材料的应用成效。此外，还可采用压痕和缠绕纤维等方法，优化上述二者黏结性。

2.3用于预应力混凝土结构

预应力是桥梁工程项目设计与建设阶段的重要内容，预应力混凝土结构在桥梁工程中的应用更为成熟。同样，对于FRP材料亦可与预应力进行配合使用，即可充分彰显其材质性能状况，又可提升桥梁工程补强加固后的抗拉强度等。在预应力混凝土结构环境下，FRP材料所形成的外力状态可有效衔接内外结构，对桥梁内部预应力筋形成显著辅助作用。近年来，FRP材料被广泛应用于桥梁预应力混凝土结构之中，相关工艺方法趋于成熟，行业技术经验得以积累，为FRP材料的应用赋予了崭新技术特性。

2.4 FRP格栅

与传统格栅相比，FRP格栅的耐久性更加突出，在隧道工程中的适用性较强，对于隧道工程结构的加固和新建等均具有良好技术效果。在隧道工程结构中，FRP格栅可与锚杆配合使用，发挥整体性的受力优势，可对隧道周围的岩石变形状态进行优化控制，增强岩体稳定系数。在FRP格栅应用前，需对隧道工程结构进行深入的受力分析，全面把握其结构状态，为FRP格栅的使用提供有效保障，避免因使用不当而导致受力效果降低[3]。

2.5 FRP受力筋

受限于周边结构环境状况，隧道工程建设与施工的整个过程均具有不同的限制性条件，加之其他外部影响因素的干扰，更容易造成隧道结构状态下降。对此，可采用FRP受力筋对隧道结构进行加固处理，以有效提升隧道工程结构的荷载强度，对于延长隧道结构使用寿命具有积极作用。由于隧道内部空间有限，FRP材料难以在现场制作成型，这需要结合现场环境，制定完善可行的技术方案，充分实现FRP材料的应用价值作用。注重规避FRP受力筋应用中的潜在风险，事先预判分析隧道工程结构可能存在的潜在隐患，确保FRP受力筋顺利有序应用。

3对FRP材料应用的建议

3.1更新观念，积累实践经验

在FRP材料应用中，应摒弃传统陈旧观念的束缚，高度重视FRP材料的实际应用价值与作用，通过工程实践将其现实价值充分体现出来，辅助桥梁隧道工程结构体系稳定。在FRP材料应用前，应根据桥梁隧道工程的客观实际特点，制定完善的FRP材料应用技术方案，明确其在各个实际使用环节的具体要求，排除各类潜在干扰因素的影响，确保其结构性能符合桥梁隧道的整体要求。注重FRP材料在工程应用中的经验积累，对其实际应用效果进行科学评估论证，形成相应的结论报告，为后期改进与优化FRP材料的应用路径提供有效参考与依据。

3.2提高FRP材料在工程应用中的规范性

桥梁隧道工程中FRP材料的应用应在借鉴吸收以往经验的基础上，探索实现创新发展，提高其实际应用过程中的规范性水平，按照流程化与系统化的方式为桥梁隧道工程配置FRP材料，促进其在桥梁隧道工程应用中的创新发展。引进先进施工技术工艺，在FRP材料施工前做好对工程环境的充分分析，提高FRP材料与桥梁隧道结构的匹配性，并配合运用先进施工工艺，实现FRP材料实际应用价值的有效转化。提高工程技术及管理人员专业素养，拓展基于FRP材料应用的理论知识与实操技能，保障FRP材料在工程应用中逐步创新完善[4]。

4结论

综上可知，FRP材料的诸多应用优势与价值决定了其在桥梁隧道工程中的关键地位。因此，需全面把握FRP材料的多方面优势，宏观审视其在道路桥梁补强加固中的现实价值，制定详细可行的应用实施方案，强化对桥梁隧道补强加固的过程控制，促进实际作用的发挥，提升桥梁隧道工程建设质量。

参考文献

[1]王东杰，王海军.FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用[J].现代商贸工业，2020，22（23）：432-432.

[2]姚国文，杨凌飞，李世亚.环境/荷载作用下粘贴FRP加固混凝土桥梁的耐久性研究[C].//第九届全国建设工程FRP应用学术交流会论文集.2019：62-66.

[3]吕志涛.高性能纤维复合材料（FRP）应用与土木工程创新[J].江苏科技信息，2021（6）：1-5.

[4]洪颖.FRP材料特点及其在桥梁隧道工程中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2022（25）：5814-5815.