复合材料在桥梁的应用与优势

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复合材料在桥梁上的应用主要是玻璃钢（GFRP）和碳纤维（CFRP）的应用。复合材料相对于混凝土和钢结构桥梁具有重量轻，耐腐蚀，耐疲劳等优势。复合材料桥梁的重量只有相同承载的混凝土桥梁的约5% ，钢结构桥梁的1/5～1/10。复合材料的主要成分是无机纤维（碳纤维、玻璃纤维）及树脂，自然界对这两种物质的降解速度非常缓慢，在避开阳光直射的环境，具有极高稳定性，长期免维护。复合材料没有明显的疲劳特性，没有屈服特征，损坏有明显的征兆和发展过程，不会出现如金属材料的突然断裂。
复合材料在桥梁上的应用始于上世纪80年代，长应用桥梁已经工作超过30年，仍然安全工作着。国外从90年代开始对复合材料应用于桥梁开展了深入研究，从设计、工艺、建造、使用、成本等多方面取得了丰富的数据资料，目前已经有较大的应用面。其中尤其以人行桥、升降桥、折叠桥、浮桥、拉索桥等轻型桥梁上应用更为广泛。我国复合材料在桥梁上的应用同样始于上世纪80年代，建设了一定数量的桥梁，积累了不少经验。
 
复合材料应用于桥梁的优势
复合材料桥梁的优势一是重量轻，只有同等承载和规模的混凝土桥梁的约5% ，钢结构桥梁的1/5～1/10。带来较大的成本支出变化，一是运输成本，现代桥梁都是在工厂制造，重量轻减少运输费用支出。二是建造使用的施工机械数量可以减少，施工时间缩短，费用支出降低。三是基础建设要求降低，据国外研究统计，桥梁的基础建设费用约占总建设费用的50%，由重量减轻带来的基础建设费用降低非常可观。因此复合材料桥梁工厂制造费用虽然提高，但总体建设费用持平甚至降低。
复合材料桥梁的优势二是免维护，由于自然界对玻璃钢（GFRP）和碳纤维（CFRP）的降解作用很小，自然界的酸碱基本无腐蚀。只要避免阳光紫外线直射，不需要进行维护。桥梁的设计寿命一般100年，有研究认为复合材料桥梁在前40年可以免维护。而混凝土桥梁和钢桥梁维护费用很高。因此在总寿命期内，复合材料桥梁的综合成本降低比较显著。
复合材料桥梁的优势三是无疲劳，无屈服，无蠕变。虽然复合材料中的玻璃纤维和碳纤维的模量与混凝土接近，但与树脂结合后，表现出良好的强度和韧性的综合性能。这对于复合材料桥梁的安全使用非常有利。由材料性能决定了，复合材料桥梁的设计以刚性设计为主，强度余量非常大，因此其过载的承受能力强。即使损坏有明显的征兆和发展过程，如裂纹、分层等，容易修复，不会出现如金属材料的突然断裂。
由于玻璃钢（GFRP）和碳纤维（CFRP）复合材料的性能可以设计，主要受力方向的力学性能，玻璃钢（GFRP）拉伸强度可以超过700MPa，模量可以超过40GPA。碳纤维（CFRP）拉伸强度可以超过1000MPa，模量可以超过70GPA。因此在确保桥梁的悬垂度在合理范围内的前提下，跨度可以更大，减少桥墩数量，降低桥梁建设难度，降低建设成本。