用玻璃纖維建造 看橋梁連接未來(lái)

1、尼爾橋位于美國(guó)緬因州南部，車輛在上面呼嘯而過(guò)。這座小橋有兩個(gè)車道寬，34英尺長(zhǎng)(約合10.4米)，橫越一條小溪。黑色的瀝青和光滑的護(hù)欄能夠看出這座橋還比較新。但是，真正讓這座小橋獨(dú)樹一幟的是它的構(gòu)造。橋梁不是由鋼或混凝土構(gòu)成，而是由23條碳和玻璃纖維織物的拱形結(jié)構(gòu)組成。這些直徑12英寸(約合30厘米)的管子，通過(guò)膨脹、彎曲成適當(dāng)?shù)男螤钤儆盟芰蠘渲M(jìn)行硬化，并排安裝以后用混凝土進(jìn)行填充，就像是意式通心粉一樣。最后鋪上橋板和壓實(shí)的土壤，拱形結(jié)構(gòu)就能支撐標(biāo)準(zhǔn)的砂和瀝青路面了。這座橋是設(shè)計(jì)師的第一個(gè)作品，它位于緬因大學(xué)奧羅諾分校50英里(約合80公里)處，采用了復(fù)合材料和傳統(tǒng)的混凝土相結(jié)合的設(shè)計(jì)。美國(guó)

2、的60萬(wàn)條公路橋梁中大約有16萬(wàn)座橋梁亟待修繕或更換，如果這種混合設(shè)計(jì)法能得以流行，那么纖維強(qiáng)化塑料應(yīng)用于公路將取得重大突破?！斑@本來(lái)只是我們的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，但是現(xiàn)在是時(shí)候進(jìn)行實(shí)踐，看看它是否真的可行?！备呒?jí)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)中心(Advanced Structures and Composites Center)的董事哈比·達(dá)蓋(Habib Dagher)說(shuō)。尼爾橋于去年的11月份開(kāi)始建造，花費(fèi)了約六十萬(wàn)美元，使用偏轉(zhuǎn)傳感器和其他儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。目前，正承受著每日高強(qiáng)度的交通測(cè)試?！八ぷ鞯暮脴O了，”達(dá)蓋博士說(shuō)?！安⑶宜阮A(yù)澆鑄制的橋梁要便宜17萬(wàn)美元?！边@引起了奧巴馬政府的重視，交通部長(zhǎng)拉

3、胡德在8月參觀了該中心。一座類似的橋梁也在夏末完成了。該纖維拱橋設(shè)計(jì)是七個(gè)投標(biāo)中標(biāo)價(jià)最低的。纖維強(qiáng)化塑料最初是用于沖浪板和游艇，最近在飛機(jī)機(jī)翼和其他組件中得到使用，在20世紀(jì)80年代，纖維強(qiáng)化塑料首次使用到橋梁的建設(shè)。土木工程師被它們得良好特性所吸引強(qiáng)度高、重量輕，耐腐蝕。但該材料沒(méi)有完全改革公路基礎(chǔ)設(shè)施。纖維強(qiáng)化塑料鋼帶被用來(lái)修復(fù)現(xiàn)有的橋梁的混凝土和鋼材結(jié)構(gòu)，或加強(qiáng)抗地震結(jié)構(gòu)。由于除冰化學(xué)品破壞了混凝土導(dǎo)致鋼筋腐蝕，所以玻璃纖維桿取代了一部分的鋼筋混凝土。纖維增強(qiáng)塑料大多被用于橋梁蓋板，那里的耐腐蝕性是至關(guān)重要的，并且更輕的重量允許更高的車輛負(fù)載。但是至今只有少數(shù)幾個(gè)大型橋梁的支撐柱是由纖維

4、增強(qiáng)塑料組成。專家說(shuō)纖維增強(qiáng)塑料沒(méi)有得到普遍利用的原因之一是工程師和承包商對(duì)該原材料沒(méi)有太多的認(rèn)知，纖維增強(qiáng)塑料在公路建設(shè)中如何使用的標(biāo)準(zhǔn)體系尚未確立。美國(guó)復(fù)合材料制造商協(xié)會(huì)(American Composites Manufacturers Association)倡導(dǎo)使用復(fù)合材料的主任約翰·布塞爾(John Busel)說(shuō)：“工程師非常注重安全問(wèn)題。他們希望完全了解該原材料如何研制和如何持久使用?！痹摬牧弦膊⒉豢偸桥c其他物質(zhì)相融合。纖維增強(qiáng)塑料橋面板其中一個(gè)問(wèn)題就是覆蓋路面的瀝青或混凝土很快就壓壞了。加州大學(xué)戴維斯分校工程助理鄭麗娟教授說(shuō)。但是，對(duì)于利用纖維增強(qiáng)塑料的主要爭(zhēng)論還是

5、它的經(jīng)濟(jì)效益?！暗?個(gè)是前期的成本問(wèn)題，”南卡羅來(lái)納大學(xué)的副教授保羅·齊爾(Paul Ziehl)說(shuō)。齊爾博士幫助設(shè)計(jì)和測(cè)試了得克薩斯州一個(gè)應(yīng)用了纖維增強(qiáng)塑料的小橋橋梁，他說(shuō)：“如果你要設(shè)計(jì)東西，那么從最優(yōu)工程技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，他們最開(kāi)始是獨(dú)一無(wú)二的，直到取得經(jīng)濟(jì)效益才得以推廣。”以得克薩斯州橋梁為例，是經(jīng)過(guò)特別定制設(shè)計(jì)并采用勞動(dòng)密集型的方法建造的?！敖ㄔ鞓I(yè)對(duì)于成本是斤斤計(jì)較的，”布賽爾先生說(shuō)，“纖維增強(qiáng)塑料更昂貴，有時(shí)比傳統(tǒng)的材料要貴一倍?！背邪绦枰赖氖牵菏褂幂p便的材料可以節(jié)省運(yùn)輸、勞動(dòng)力、設(shè)備花費(fèi)和潛在的維修費(fèi)用。這些經(jīng)費(fèi)的節(jié)省也是緬因大學(xué)設(shè)計(jì)的其中一個(gè)目標(biāo)，達(dá)蓋博士說(shuō)。使用昂

6、貴的纖維增強(qiáng)塑料材料主要作用是構(gòu)成混凝土的框架結(jié)構(gòu)。管子能保護(hù)混凝土不受除冰化學(xué)品的侵蝕，從而降低維護(hù)的成本。管狀的橋拱不是僅有的混合設(shè)計(jì)。伊利諾伊州威爾米特的慧聰橋公司工程師兼總裁約翰·希爾曼(John Hillman)，開(kāi)發(fā)的直梁使用了聚合物、混凝土和鋼的混合物。橋梁是由一個(gè)長(zhǎng)方形的纖維增強(qiáng)塑料管與拱形管道形成的。管道內(nèi)充滿了混凝土增強(qiáng)了抗壓強(qiáng)度。該橋梁已在科羅拉多州的鐵路橋和伊利諾伊州和新澤西州的一些道路橋梁進(jìn)行測(cè)試使用?！皩?duì)橋梁的設(shè)計(jì)要與傳統(tǒng)的建造方法相一致，已經(jīng)從事設(shè)計(jì)工作14年之久的希爾曼先生說(shuō)：“在安裝成本上來(lái)看，纖維增強(qiáng)塑料材料與混凝土和鋼材的橋梁安裝成本已經(jīng)非常接近了?！毕柭壬O(shè)計(jì)的橋梁仍然必須用卡車運(yùn)送，盡管它們很輕。然而，緬因大學(xué)設(shè)計(jì)的橋拱可以在現(xiàn)場(chǎng)建造玻璃纖維織物膨脹并彎成一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)然后用真空泵灌注樹脂。它們很輕所以能夠進(jìn)行迅速的安裝，然后注入混凝土。這樣就不需要大型起重機(jī)或其他重型設(shè)備的輔助。