FRP复合材料的分类、应用和研究现状

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FRP 复合材料的分类、应用和研究现状

一、FRP 复合材料的概述和特点

科技的发展和新材料的使用为土木工程这一学科的发展奠定了基础。性能好的新材料在土木工

程结构加固领域有着巨大的应用前景。这是由其优良性能决定的，FRP 复合材料有以下特点。

（1）和传统的钢筋材料相比，FRP 复合材料抗拉强度高。无论是有碳纤维（CFRP）、芳纶纤

维（AFR）还是玻璃纤维（GFRP），这三者的抗拉强度都具有明显的优势，而且可以和高强

钢丝媲美。塑性变形这一情况基本上不会产生，即使 FRP 复合材料达到了抗拉强度。

（2 ）适用于腐蚀性较大的环境。钢材和 FRP 复合材料相比，抗腐蚀性和使用时间的长久就会

逊一筹。使用复合材料可以使结构的使用时间延长，寿命拉大，即使是在腐蚀性很强的环境

下。

（3 ）自重小，因此为施工提供方便和快捷。钢材的密度是 FRP 复合材料的 4 倍，因此自重

小，便于在建筑结构中采用。可以方便施工，节省人力成本。被用于老旧结构的维修加固时，

优越性更为明显，效果更佳。

（4）热膨胀系数低。FRP 的热膨胀系数基本上和混凝土差不多。因此，在工程环境中的温度

发生变化时，FRP 和混凝土会互相合作，共同应对这一变化，较大程度的温度应力也不会产

生。

（5 ）弹性模量较小。普通钢筋的弹性模量一般为 FRP 的3~4 倍。因此，裂缝展开较宽以及混

凝土结构的挠度较大这两种现象将会不可避免的产生。

（6）在对抗剪裁方面的能力弱，即抗剪强度差。数据显示，FRP 一般情况下不会超过自身抗

拉强度的 12% 左右。因此，在将 FRP 用于预应力筋时要考虑这一点，因此需要研制匹配的锚

以及夹子，同样进行 FRP 的材性试验时也要考虑到这一点。

（7）价格比较高。FRP 的生产需要一系列的工艺，因此制作工序比较复杂，因此需要相应的

长线挤压台座的配合才能完成制作。FRP 的强度比较高，因此对挤压成型造成了一定的阻

力。FRB 筋的 80%~90% 的部分由纤维组成，因此纤维含量高。例如，直径为 9mm 的FRB 筋

中，大约含有 12 万根的连续纤维。

总之，FRB 的材料不仅质量好，而且外观精美，为施工提供许多快捷。FPR 复合材料正符合了

这一要求，而且承载力具有明显的优势。FRP（fiber reinforced plastics）复合材料具有优异的物

理性能，同时轻质高强，能够抵抗疲惫，耐腐蚀，使用时间长，热膨胀系数低。FRP 的维护成

本低，这一优良性能弥补了工厂早期投资大的缺点。FRP 复合材料可以很容易的剪裁，因此方

便使用和施工。总之，FRP 复合材料在 FRP 在土木工程结构加固应用中有着巨大的潜力。

二、FRP 复合材料的分类和应用

FRP 复合材料上面已经提到价格成本高，这方面的实践经验少之又少，因此，最初的应用受到

了一定程度的限制。随着生产的扩大以及生产技术的提高，FRP 有了一定程度的下滑。施工经

验的增多，这种材料得到广泛的应用，特别是在土木工程中。FRP 复合材料主要分为 3 类，即

碳纤维（CFRP）、高强玻璃纤维（GFRP）复合材料以及芳纶纤维（AFRP）。在土木工程结

构的加固过程中，FRP 的主要功能体现在修复和新结构的形成。应用方面如下：（1）隧道和

地铁。由于地铁和隧道是地下作业的方式，因此它们的受力状况和地面截然不同。土压力的作

用存在于洞的顶部以及洞的侧面。

同时，对净空也要较高的要求。因此，加固和修补裂缝的方法要慎重选择，显然，传统的加固

方法不符合这一要求。芳纶纤维布却明显的符合这一要求，因为它具有优良的抗剪能力。同

时，能够适应地铁和隧道在拱顶和侧壁的裂缝，这些侧壁和裂缝大多是多向和不规则的。

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摘要：

FRP复合材料的分类、应用和研究现状一、FRP复合材料的概述和特点科技的发展和新材料的使用为土木工程这一学科的发展奠定了基础。性能好的新材料在土木工程结构加固领域有着巨大的应用前景。这是由其优良性能决定的，FRP复合材料有以下特点。（1）和传统的钢筋材料相比，FRP复合材料抗拉强度高。无论是有碳纤维（CFRP）、芳纶纤维（AFR）还是玻璃纤维（GFRP），这三者的抗拉强度都具有明显的优势，而且可以和高强钢丝媲美。塑性变形这一情况基本上不会产生，即使FRP复合材料达到了抗拉强度。（2）适用于腐蚀性较大的环境。钢材和FRP复合材料相比，抗腐蚀性和使用时间的长久就会逊一筹。使用复合材料可以使结构的使...

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