纖維增強塑料(Fiber Reinforced Plastic FRP)在國外已經被廣泛地應用在土木工程中。然而，在我國對于FRP的研究應用還十分有限。作為一種新材料，FRP表現出強度高、重量輕、抗腐蝕等優良特性，使其廣受歡迎。本文簡介了FRP在國內外的研究應用狀況，并提出了一些建議。


1  纖維增強塑料簡介

    纖維增強塑料(fiber reinforced plastic或fiber reinforced poly mer，FRP)是一種復合纖維材料，是由合成或有機高纖維構成，是混凝土結構中一種新型復合材料。它具有質量輕、便于施工、比鋼筋混凝土結構更耐用、耐腐蝕、高強度質量密度比f是鋼筋的10- 15倍）、耐疲勞f是鋼筋的3倍）、電磁中性、低導熱系數等優點。但其也具有一些缺點。如：施工費用高、彈性模量低、紫外線對其傷害大、長期強度低于短期靜力強度、水腐蝕、施加預應力時橫向應力大等。

       FRP主要由高性能纖維、聚酯基、乙烯基或環氧樹脂組成，典型的FRP大約有60% - 650-/0的纖維，其余是基體。單絲經過浸潤樹脂、拉拔、纏繞、粘結而形成片材、板材、繩索、棒材、短纖維或格狀材。

       FRP可用于新建結構、補強加固舊建筑物、構筑物、預應力結構、路面結構、橋梁工程、海岸和近海工程
中。尤其在一些腐蝕嚴重或難于修補的結構—工業廠房、橋梁的橋面板、橋墩等結構中更能發揮其強度高、易于施工、剪裁方便等優點。FRP用于工程中的主要有碳纖維（carbon fiber reinforced polymer，CFRP)、玻璃纖維(glass finber reinfored plymer，GFRP)和芳綸纖維faramid fiber reinforced polym er, AFRP).

       碳纖維(CFRP)在所有FRP中彈性模量最高，極限拉應變在11 2-2.0之間，線膨脹系數為0.2x 10-6m/℃，大部分CFRP的抗拉強度大約是3GP a彈性模量為230GPa也有高模量的——彈性模量可達380CPa- 640GPa[lJ。CFRP多使用聚丙烯腈(pobracrylonitrile，PAN)或瀝青(pitlr based)為基材。

       芳綸纖維f AFRP)具有最高的極限拉應變。AFRP有三種：Kevlar AF RP、Tw aron AFRP、TechnoraAFRP
AFRP的抗拉強度為2.65GPa-3.4CPa，彈性模量為73CPa-  165C Pa。AFRP的彈性模量與抗拉強度成反比：彈性模量越高，抗拉強度越低；彈性模量低。抗拉強度高。

       玻璃纖維f GFRP)是花費最少的一種FRP。它有兩種：E_ glass和S-glass。各自的彈性模量和抗拉強度為2. 3GPa和74GPa，3.9CPa和87 GPa。CFRP的橫向抗剪強度低，與混凝土的線膨脹系數相近。CFRP可制成預應力筋用于預應力混凝土結構中。用于補強加固的有玻璃纖維片材和板材。

2  國外對于FRP的研究應用

      1960年美國開始對FRP進行開發，FRP的研究工作主要集中在GFRP。但由于GFRP的彈性模量低而中斷研究近20年。由于鹽腐蝕鋼筋導致了建筑結構和橋梁結構使用性能的退化而將FRP重新提上日程來。康奈爾大學成功地進行了小尺寸FRP預應力梁的試驗。南達科他礦業理工大學開發了GFRP筋。

       日本在20世紀70年代就進行了FRP的應用開發。日本現已開發出各種FRP，有FRP筋包括(圓形的、方形的、變形的)FRP絞線、三維和平面格狀材、片材、板材。在日本使用最多的是CFRP，其歡是AFRP和CFRP。近年來，FRP片材已經開始使用玻璃和聚乙烯纖維。日本于1993年編制了世界上第一個FRP設計施工規范，并于1997年發行了歐洲版本。FRP片材在1987年作為一種抗震材料提出，1995年神戶大地震之后。迅速開展了FRP片材的使用和開發。并編制了相應的設計施工規范H。

       20世紀70年代，德國斯圖加特大學開始對FRP進行研究，重點是GFRP預應力筋。1978年，承包商St rabag、化工品商Bayer合作開發了GFRP預應力筋和錨固系統并應用在德國和奧地利的幾座橋梁中。1983年，荷蘭化學商AKZO、承包商HBC開發了名叫Arapree的AFRP筋。蘇黎世EM PA研究院開展了外貼CFRP片材的研究工作。近期的研究工作主要集中在FRP筋的使用上。1991年11月- 1996年底。德國、荷蘭的幾個大學合作進行了名為“BRITE/EU-RAM”的項目。1993年12月- 1997年底，英國、荷蘭、瑞典、法國、挪威合作研究了“EUROCRETE”項目。1997年。來自歐洲不同國家的11個科研隊伍開展了名為“ConFib erC rete，N etwork”的合作項目。1986年，德國建成世界上第一座后張法預應力懸索FRP橋。在歐洲，FRP主要應用是橋梁結構。通過粘貼FRP片材或板材來維修加固受損結構、地震區的古建筑，增強結構的安全性及建筑物使用性能。

       在美國、歐洲和日本，FRP筋經常被用于混凝土橋的大梁或橋面板中。對于FRP預應力筋，由于FRP的彈性模量低。因此減少了由于混凝土徐變收縮而造成的預應力損失。FRP索可用于懸索橋中。此外，FRP可作為增強材料應用在海洋結構、橋墩、防波堤、鋼筋混凝土隧道、地層錨桿、纖維噴射混凝土、防護墻。由于FRP的非電磁性，使其可用于高速公路導向道、機場導向儀的防護墻。在維修與加固方面。FRP片材、板材以其施工簡便、重量輕、施工期短、強度高、延性好、費用低等優點獲得滿意效果。

       國外對FRP筋、FRP片材、板材在鋼筋混凝土構件中的應用進行了基本力學研究。FRP筋作為箍筋抗剪、縱向鋼筋抗彎的試驗均表明FRP筋既可以代替傳統鋼筋抗彎、抗剪，又可發揮出FRP筋的重量輕、抗腐蝕好的優點以彌補鋼筋的不足。FRP片材或板材的試驗研究表明，FRP粘貼在鋼筋混凝土梁的受拉面，提高了梁的抗彎能力，減少了裂縫寬度。鋼筋混凝土柱外包FRP片材由于混凝土處于三向受力狀態。因此提高了柱的承載能力。改善了柱的延性，對于地震區FRP是一種經濟、實用的加固補強材料，同時在地震區的承重墻也可粘貼FRP片材幫助承受平面外水平荷載。

      近來，國外開發出一種新的利用FRP補強加固的方法一近表面鑲嵌法f N ear Su rface M ou nt ed.NSM) 。該法是將鋼筋混凝土構件表面刻出淺槽。槽的大小適合放入FRP筋。將刻好的槽清理干凈后。向槽內填入粘結劑，并將FRP筋、FRP片材輕輕按壓進槽中，使粘結劑充滿筋的四周，然后用粘結劑將槽的表面填平。這種方法對比外貼FRP片材來說，與鋼筋混凝土構件的粘結錨固更可靠，并且施工時間更短。由于FRP筋非常靠近構件表面，因此被稱為NSM技術

       Neven Krstuloric和Antoine[111提出了一種稱為自應力纖維復合物(Self St ressing  Fiber  Composit es SSFC)的概念。其主要思想是將形狀記憶合金(ShapeM emory Alloys，SMA)熔入FRP中。由于SMA具有在低溫下可冷凍加熱后可恢復先前狀態的特性，因此。將SMA作為FRP的主要材料就可制成自應力纖維復合物。SSFC可在樹脂基凝固后任意改變形狀以獲得不同的預應力。SSFC最顯著的優點是無需復雜的預應力錨固設備就可獲得滿意的預應力。

3  我國的研究應用現狀

       我國于1997年開展碳纖維布補強加固鋼筋混凝土構件的研究工作，其中國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心最早進行了這項工作，之后，有許多高等院校和科研單位也進行了碳纖維的研究。目前已進行了20余項研究，發表論文20余篇，應用于實際工程60余項。在規范編制方面。中國工程建設標準化協會標準《碳纖維布加固修復混凝土結構技術規程》已接近于完成。

       對FRP開展研究與應用的主要是CFRP和CFRP用于補強加固混凝土構件。國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心、天津大學、清華大學、東南大學等單位先后對CFRP、GFRP補強加固鋼筋混凝土構件開展了一些研究工作，得到了一些成果：(1)外貼CFRP、CFRP布增強了鋼筋混凝土梁。柱的抗彎、抗剪性能。(2)由于FRP布對混凝土的約束，使
得混凝土構件的延性得以提高。（3）在循環荷載作用下。FRP包裹的柱延性明顯提高。(4)提出了數值計算方法和實用計算方法。

4  關于FRP研究應用的建議

       FRP在我國還處于起步發展階段，雖然近年來一些大學、科研單位進行了一些研究應用，得到了一些可喜的成果，但對于FRP的研究應用還遠遠不夠。在此。筆者結合查閱的國內外文獻對我國的FRP應用與研究提出幾點建議：

      (1)在我國，對于FRP的使用主要集中在CFRP片材補強加固建筑結構方面，對于其他方面的研究應用開展不多。國外FRP的使用可以說已經涉及到土木工程的方方面面，橋梁、隧道、機場、碼頭、公路、鐵路、民用建筑、構筑物都使用了FRP。因此，我國需要大力開發FRP的使用，使其形成規模化、產業化。

       (2) FRP筋（預應力筋）在國外的研究應用已經很廣泛，己呈現出替代普通鋼筋的趨勢。在這方面我國還是空白。因此，廣大科研工作者還需繼續努力以填補這項空白。
       (3) FRP片材、板材補強加固技術仍有許多研究工作要開展。如FRP外貼混凝土梁的抗彎、抗剪破壞機理研究；延性評估：疲勞性能研究：FRP片材、板材與混凝土構件的粘結錨固；裂縫問題：長期使用性能。
       (4)在使用FRP時，由于FRP的彈性模量低，構件的撓度和裂縫寬度將比鋼筋混凝土構件大，這樣將會不滿足規范規定的限值。因此，對于FRP的使用量、配置率還需進一步研究。

       FRP為土木工程領域提供了一種經濟有效的新材料，尤其與傳統的鋼筋混凝土結構相結合更能發揮其突出的優點。隨著我國經濟建設的飛速發展，相信FRP在我國的土木工程領域將有美好廣闊的前景。