清華大學(xué)科技成果

清華大學(xué)科技成果一一FRP組合結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用技術(shù)成果簡介從上世紀(jì)70年代開始，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）以其高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，成為土木工程的一種新型結(jié)構(gòu)材料，并逐漸被應(yīng)用到廣泛的工程實(shí)踐中。輕質(zhì)高強(qiáng)是FRP材料最突出的特點(diǎn)。它的強(qiáng)度是鋼材的20~50倍，但比重只為鋼材的四分之一左右。其次，F(xiàn)RP材料較其他傳統(tǒng)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(huán)境中抵抗化學(xué)腐蝕。此外，F(xiàn)RP材料還有透電磁波、絕緣、隔熱和熱漲系數(shù)小等諸多優(yōu)點(diǎn)。如今，F(xiàn)RP復(fù)合材料已列入七大重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之中的新材料領(lǐng)域，并且已在土木工程領(lǐng)域中的加固補(bǔ)強(qiáng)、維護(hù)防腐等諸多方面得到很好的應(yīng)用。從1970年代開始，F(xiàn)RP就開始在諸如英國、美國和以色列等國家的橋梁建設(shè)中進(jìn)行嘗試應(yīng)用。九十年代初，F(xiàn)RP在橋梁建設(shè)的應(yīng)用中不斷增加，如美國，日本和瑞士等國。近年來，隨著FRP在結(jié)構(gòu)工程中被逐漸接受，F(xiàn)RP在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用迅速發(fā)展，世界各地有各種結(jié)構(gòu)形式的FRP橋梁相繼建成，目前已經(jīng)超過100座應(yīng)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(yīng)用技術(shù)所帶來的低投入和高回報(bào)的特點(diǎn)是外國政府企業(yè)近年來熱衷于此項(xiàng)技術(shù)的根本原因，而FRP材料的以下優(yōu)點(diǎn)也是促進(jìn)其發(fā)展的源動(dòng)力：（1）預(yù)制件制造，架設(shè)成本低。因大量采用輕質(zhì)的FRP拉擠成型構(gòu)件，可大大縮短施工時(shí)間和架設(shè)與施工時(shí)對(duì)道路的要求，并為投資者在人力物力上節(jié)約大量開支。例如，亞特蘭大橋1天；紐約州橋36小時(shí)；莫斯科人行橋3小時(shí)；Parsons橋4小時(shí)。（2） 優(yōu)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，F(xiàn)RP橋梁擁有其他橋梁所不具備的超低維護(hù)費(fèi)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(shè)速度快，施工周期短，如在國內(nèi)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(shí)間，從而大大減少社會(huì)成本消耗和社會(huì)輿論壓力。（4） 資源可持續(xù)利用。由于FRP橋梁較其他橋梁資源消耗少，并且在生產(chǎn)和建設(shè)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(duì)資源的依賴性。從某種程度上講，F(xiàn)RP橋梁應(yīng)用技術(shù)是一種符合國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求的集節(jié)能減排和低資源依賴性技術(shù)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。雖然FRP的優(yōu)點(diǎn)已得到工程研究和應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)可，但第一代的FRP結(jié)構(gòu)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(tǒng)的建筑材料結(jié)合，比如混凝土、鋼材。2003年前后，清華大學(xué)、北京玻璃鋼研究設(shè)計(jì)院、中冶建筑研究總院等單位對(duì)高性能FRP橋梁開展了有關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究和設(shè)計(jì)計(jì)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(bǔ)我國在FRP橋應(yīng)用技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的空白，在國家科技部的大力支持下，清華大學(xué)土木工程系經(jīng)過多年的理論分析和試驗(yàn)研究，對(duì)一系列全FRP橋梁以及FRP組合橋梁體系應(yīng)用前景進(jìn)行了充分的論證，開發(fā)出一整套適合當(dāng)前中國橋梁建設(shè)條件的FRP橋梁應(yīng)用技術(shù),并已完成兩座示范性FRP人行橋應(yīng)用工程。應(yīng)用說明該技術(shù)可廣泛應(yīng)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(yuǎn)地區(qū)，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(qū)等有著極好的投資回報(bào)。石家莊1號(hào)FRP橋效益分析石家莊FRP橋梁應(yīng)用技術(shù)示范橋：FRP#1和#2橋。工程預(yù)算略高于普通人行橋梁大約10%，但在完工時(shí)，發(fā)現(xiàn)建造費(fèi)用與普通鋼混橋梁大體相當(dāng)。原因在于預(yù)算中過高估算了F