PC耐力板与FRP板材之间的差异

．FRP 材料及产品

2．1 PC耐力板、PC阳光板与FRP 的种类

所谓复合材料是由增强材料和基体构成，目前结构工程中常用的 FRP 材料主要是树脂基

体的玻璃纤维（GFRP） 、碳纤维（CFRP）和芳纶纤维（AFRP） ，它们的力学性能参数变化范围很大，因此在工程中有很大的灵活性，具有可设计性。

从生产工艺和产品形式上来分，目前在桥梁工程中常见的 FRP 产品有以下一些种类：

（1）FRP 片材，包括FRP 布和FRP 板：主要用来粘贴在混凝土结构的表面对其进行加固补强；

（2）FRP 棒材，包括 FRP 筋和FRP 索：主要在FRP 筋混凝土结构、FRP 预应力混凝土结构和桥索

中替代钢筋和钢绞线；

（3）FRP 网格材和 FRP 格栅：作为混凝土结构中的配筋或简易工作平

台；

（4）FRP 拉挤型材：截面形式灵活多样，力学性能好，用途广，是 FRP 结构应用的主要

产品；

（5）FRP 缠绕型材：主要用作 FRP 管混凝结构土，可以作为柱、桩，甚至梁，使构件

性能大大优于普通钢筋混凝土；

（6）FRP 夹层结构和蜂窝板：由上下面的 FRP 板和夹心材料组成，充分利用了面层 FRP 材料强度，有很高的强度重量比和刚度重量比，是非常合理的构

件形式，主要在梁和桥板中应用；

（7）还有一些其它工艺的 FRP 产品，如：模压产品、层压和卷管产品、热塑性成型产品以及手煳产品（低压接触）等等。

2．2 FRP 材料的特点

FRP 材料具有许多与传统结构材料所不同的特点，了解和掌握 FRP 材料的优缺点，才能

在设计中充分发挥出它的优势，克服劣势。

FRP 材料的主要优点有：

（1）轻质高强。FRP 材料最突出的优点在于它有很高的比强度（极限强度/相对容重） ，

即通常所说的轻质高强。FRP 的比强度是钢材的 20～50倍，因此采用 FRP 材料将会大大减轻结构自重。在桥梁工程中，使用 FRP 结构或 FRP 组合结构作为上部结构可使桥梁的极限跨度大大增加[4,5]，并且可以减小地震作用的影响。

（2）良好的耐腐蚀性。可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中抵抗化学腐蚀,这是传统结构

材料难以比拟的。目前在化工建筑、地下工程和水下特殊工程中，FRP 材料耐腐蚀的优点已

经得到实际工程的证明。在瑞士、英国、加拿大等国家的寒冷地区以及一些国家的近海地区

已经开始在桥梁、建筑中采用 FRP 结构代替传统结构以抵抗除冰盐和空气中盐分的腐蚀，使得结构的维护费用和周期都将大大降低。

（3）良好的可设计性。与传统结构材料相比，这是FRP 所独有的。工程师可以通过使用

不同纤维种类、控制纤维的含量和铺陈不同方向的纤维设计出各种强度和弹性模量的 FRP 产品。而且 FRP产品成型方便，形状可灵活设计。

（4）FRP 材料的弹性性能好，应力应变曲线接近线性，在发生较大变形后还能恢复原状，

塑性变形很小，这对于承受较大动载的结构比较有利。

（5）FRP 产品非常适合于在工厂生产、运送到工地、现场安装的工业化施工过程，有利

于保证工程质量，有利于提高劳动效率，有利于工程建设的工业化。

（6）FRP 产品还有一些其它优势，如透电磁波、绝缘、隔热、热胀系数小等等，这使得

FRP 结构和 FRP 组合结构在一些特殊场合能够发挥难以取代的作用。

但同时 FRP 材料还有一些缺点：

（1）与传统结构材料不同，FRP 材料通常表现为各向异性，纤维方向的强度和弹模较高，

而垂直纤维方向的强度和弹模很低。有关产品资料表明，两个方向的抗拉强度相差可达 25倍，抗压强度相差可达 5倍，模量相差可达 13倍。此外，纤维方向的抗拉强度比抗压强度高 30%。因此在设计 FRP 构件时，需要对两个方向分别进行设计。由于 FRP 材料各向异性，在受力上有许多不同于传统结构材料的现象，例如拉伸翘曲现象，这在各向同性材料中是没有的，这加大了设计难度。

（2）与钢材相比较，大部分的 FRP 产品的弹性模量较低：大约为钢材的 1/20～1/2，大

致与混凝土和木材在同一数量级。弹模低是 FRP 作为结构材料最大的劣势，在设计中要充分考虑这个特点，应尽量使用几何刚度来弥补材料刚度的不足。

（3）FRP 材料的剪切强度、层间拉伸强度和层间剪切强度仅为其抗拉强度的 5～20%，

而金属的剪切强度约为其拉伸强度的 50%。这使得 FRP 构件的连接成为突出的问题。FRP 结构可以采用铆接、栓接和粘接，但不管那种连接方式，连接部位都是整个构件的薄弱环节。

（4）与钢材相比，FRP 材料强度有较大的离散性。钢材屈服强度的离散系数约为 0.1，

而 FRP 产品拉伸强度的离散系数约为 0.15。

（5）与混凝土相比，一般 FRP 材料的防火性能较差。临界温度为 300℃左右，而且部分

树脂材料有可燃性。通过改变树脂的组分，可以改善 FRP 的防火性能。目前采用环氧树脂的FRP 材料，可在树脂中掺入阻燃剂，表面进行防火处理，其效果已经可以与混凝土结构相当