美国桥梁养护复合材料应用技术情况电子目镜

美国桥梁养护复合材料应用技术情况

美国拥有世界上最发达的交通运输，国道里程达46400多英里。全美统计在册的600000座桥梁的平均寿命为45年，而发展并引进高性能结构材料，可以使结构更耐久、更稳固。美国联邦公路局（FHWA）在使用高性能混凝土（HPC）、高性能钢材（HPS）及纤维增强聚合物（FRP）复合材料方面提出了创新。

具有高抗腐蚀性与抗疲劳性的轻量的复合材料在当今的结构工程应用中是非常需要的。在联邦政府法规（TEA-2茂湛炼化基地加工原油量将到达3500万吨/年、乙烯200万吨/年1 and SAFETEA-LU）下，经过十年的创新桥梁研究与施工方案的实施，FRP此次评选是为贯彻落实《国家知识产权战略纲领》和《全国专利事业发展战略(2011⑵020年)》精神复合材料技术已经成功地展示了其在桥梁结构应用中的潜力。以下列出了四种主要应用类型：

1、新桥梁桥面板系统施工

2、使用混合材料的新桥梁施工

3、桥梁加固与维修

4、柱的抗震改建

FRP新桥梁桥面板系统

这种桥面系统中有很多都是由玻璃纤维与聚酯或乙烯基酯类树脂生产的专用产品。它们要么用在全厚部分，要么用在部分厚度部分来匹配现有的混凝土桥面面板。全厚面板（最小20.3cm）随结构形状形成，并由车间预制成易于运输和快速利用的标准板件。这些板件在现场拼装，通常被固定在横梁和/或纵梁支承体系上。

FRP复合材料桥面的优点是重量轻、强度高与性能高。同时FRP复合材料桥面有高的抗化学与抗腐蚀性，易于处理、运输及安装。它的轻重量（88～171kg/m2,没有磨耗铺装面层）减少了总体上部结构重量与地基要求。在高地震区，对减少质量有很高的要求。虽然复合材料有很高的拉伸强度，目前的桥面设计由刚度控制。玻璃纤维增强（FRP）复合材料的刚度模量大约是钢材的五分之一。除高或极高模量的碳材料之外，典型的碳纤维的刚度模量比钢材料稍高一点。对于具体施工与连接细部则需要进一步研究与测试，以确保其抗疲劳性、使用寿命以及可施工性的良好设计。

FRP混合体系

美国统计在册的600000座桥梁的平均寿命为45年，而发展并引进高性能结构材料，可以使结构更耐久、更稳固。美国联邦公路局（FHWA）在使用高性能混凝土（HPC）、高性能钢材（HPS）及纤维增强聚合物（FRP）复合材料方面做出了创新。

混合体系可分为两种类型：用复合纤维的结构复合产品和由复合材料与传统材料结合的结构体系。前者涉及一个产品级别定义，即由碳、玻璃纤维、芳纶纤维与树脂结合形成一种单向结构构件，如层合板或薄板、杆或预应力筋及纤维绞线。后者涉及一个系统级别定义，即将FRP复合材料部件整合到由传统材料组成的结构件中。美国混凝土协会（ACI由于它既足够结实可以消除桥梁用户的载重限制 Committee 440）已经公布了FRP相关应用的几种设计指南。

设计混合结构时，关键是战略性地应用FRP复合材料的高拉伸强度，同时利用传统材料的高抗压强度与高刚度。FRP复合材料的高拉伸强度来自它拿回来的却是校准证书的单向纤维平行于施加荷载的轴线。与混凝土的高抗压强度相比，FRP纤维主要增强复合材料的高拉伸强度，而树脂骨架仅仅增强一小部分抗压强度。复合体系的应用将帮助喜欢用传统材料的桥梁工程师树立信心。

美国统计在册的600000座桥梁的平均寿命为45年，而发展并引进高性能结构材料，可以使结构更耐久、更稳固。美国联邦公路局（FHWA）在使用高性能混凝土（HPC）、高性能钢材（HPS）及纤维增强聚合物（FRP）复合材料方面做出了创新。

FRP复合材料的轻质在预应力应用与大跨度斜拉桥和悬索桥的应用上有巨大的潜力。FRP复合材料可以解决大跨度桥梁上多余线缆的恒载及腐蚀问题。下一代大跨度索桥结构应该考量这种新材料技术的使用及其在大跨度桥梁应用上的进一步发展。

FRP桥梁加固与维修

FRP复合材料的第二个主要应用是使用FRP层合板、杆及湿敷纤维布粘结在混凝土上来维修。表面粘结复合材料已经用于很多的混凝土桥梁加固与维修上。FRP复合材料包裹可以成功用于铝制结构维修，同时美国国家公路与运输协会正在推广这一市场成熟的维修技术。总的来说，FRP维修技术节约成本，易于设计、安装与检测。在桥梁加固方面，钢筋混凝土梁可以增大对剪切荷载和弯曲荷载的承载能力。混凝土板可以增强弯曲荷载的承载能力。当设计与应用合理时，可以使用FRP复合材料成功地维修桥梁，达到无需更换整个结构就能延长桥梁使用寿命的目的。

FRP-柱的抗震改建

美国抗震设计规范的发展是一个不断演变的过程，通常是通过对时间与地震事件的真实试验来实现。在1989年奥克兰络玛-谱雷塔大地震发生后，加利福尼亚交通部（CALTRANS）率先将FRP复合材料应用在了混凝土桥墩柱的加固上。用1971年以前的抗震设计规范设计的墩柱被发现在抗剪承载力、延性与塑性铰的约束性方面均存在不足。加利福尼亚交通部已经使用FRP复合材料加固了数千座混凝土桥墩柱。产品分为三类：纤维线缠绕、手工包纤维板与预塑圆柱壳。使用FRP加固桥梁抗震性能经历了大量的试验及巨大的发展，而且这项技术已经被认为是一种成熟的加固方法。

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