全球首座FRP纤维网增强混凝土桥

 

    修建在德国阿尔布施塔特（Albstadt）的纤维网增强混凝土人行桥（简称TRC桥梁），是世界上首座将FRP纤维网作为增强材料的混凝土桥梁。该桥不使用钢筋，结构厚度薄、重量轻，具有高耐久性。

    由于架桥所在地防冻剂导致的盐害影响较大，为满足抗盐害的性能要求，当地决定修建TRC桥梁。FRP纤维网具有抗盐害的性能，混凝土保护层最小可控制为20 mm，以实现结构纤细的造型和高质量的外观。TRC桥梁具有高密度的混凝土表面，不需要桥面铺装层，减少了维修养护，更经济。TRC桥梁比钢筋混凝土桥梁使用的混凝土量少，大幅减少了CO2的排放量，有利于环境保护。TRC桥梁的寿命周期成本是钢筋混凝土桥梁的1/3。

 

    TRC桥梁通常采用抗碱玻璃纤维和碳纤维作为主材料，碳纤维具有非常高的抗拉强度（3000 MPa）。该桥采用数百根碳纤维束编织成间距38 mm的纤维网。由于碳纤维直径只有数微米，纤维间间隙小，混凝土砂浆不能进入碳纤维束内部，不能很好地将应力传递给纤维整体。而进行环氧树脂浸渍的纤维网，环氧树脂浸透到纤维深处，可将应力传递到所有的纤维上。环氧树脂浸渍后的碳纤维束抗拉强度比没有浸渍的高出2倍以上。环氧树脂浸渍固化后的纤维网可保持形状，方便加工。该桥使用的碳纤维束弹性系数为2.4×105 MPa，环氧树脂浸渍固化后的抗拉强度为3215 MPa。

 

    纤维网网格间距为38 mm，为使其缝隙间充分填充混凝土，使用最大粒径5mm的骨料制作细粒度且高强度的混凝土。混凝土圆柱体抗压强度70 MPa，立方体抗压强度85 MPa，轴心抗压强度90 MPa，抗弯强度10 MPa。

 

    该桥桥长15.55 m，为U形截面的下承式梁桥，桥面全宽2.94 m，最大梁高1.17 m。主梁横截面采用两层碳纤维网。将纤维网制作成片状和U形，其中，U形纤维网用于桥梁转角位置。该桥不使用钢筋，弯矩和剪力由纤维网负责承担。

 

    根据混凝土保护层厚度（20 mm）和纤维网最小弯曲半径（约8 mm），桥梁构件的厚度尽可能薄。因此该桥侧壁厚70 mm，桥面板厚90 mm。考虑到行人和自行车通行以及冬季除雪作业，桥面板上部设10 mm厚的铺装层作为磨耗层。

 

    该桥纤维网的安装可以在2小时内完成。混凝土采用自密实混凝土，不需要振捣，因此可以在几小时内完成浇筑。浇筑后覆膜保护。2天后，工厂预制的主梁脱模后运至现场，使用2台轮胎式起重机架设，2小时后就可开放通行。该桥从制作到投入使用只需要几天时间。

 

    为了验证该桥的性能，德国亚琛工业大学采用全尺寸模型进行荷载试验，结果表明，结构是安全的。