FRP夹心桥面板及新型FRP组合桥面的对比

      在公路桥梁中，桥面板直接承受轮压荷载和环境荷载，是受超载、腐蚀、疲劳等不利因素影响最直接的构件。因此，传统的钢筋混凝土桥面板和正交异性钢桥板在一些恶劣的环境下会很快的锈蚀、开裂、剥离，甚至塌陷，这些给道路交通带来巨大的隐患和损失。 FRP材料是一种新型结构材料，具有高强、轻质、耐腐蚀等优点。用FRP制成的夹心桥面板与传统的桥面板相比有明显的优势，它的出现为桥梁工程师提供了一个很好的选择。
      FRP夹心桥面板由上下的FRP面层和FRP夹层粘接而成，上面层受压和下面层受拉承受弯矩，夹层部分主要承受剪力，同时连接上下面层。根据FRP夹层板的生产工艺，可以分为拉挤粘接和接触工艺一次成型两类。这种组合可以使FRP材料的强度充分发挥，同时减轻也了结构的重量。这种桥面板不仅可以直接应用在新建桥梁中，还可以替换一些老桥原有的混凝土桥板，使老桥重新焕发青春，甚至提高荷载等级。从1996年，美国开始在中短跨桥梁中应用GFRP（玻璃纤维）夹心桥面板，至今已经有近百座桥梁，其中有1/3为老桥修复。近年我国基础设施建设规模逐年增大，对于建设水平和质量的要求也越来越高，其中高性能、高效率、耐久性好是工程结构的迫切要求。FRP桥面板正是适应这一要求的产品，它具有以下一些显著的优点：
    （1）自重轻。FRP夹心桥面板的自重约为传统混凝土桥板的20～40％[1]。使用它可以大大减轻桥面恒载，从而使桥梁的跨度可以更大，车载可以更高。
    （2）施工方便。FRP夹心桥面板在工厂中加工生产，现场安装，它的重量轻，甚至可以不用起重设备，因此运输、安装都非常方便，可以大大缩短工期。
    （3）耐腐蚀，维护方便，维护费用低。目前我国许多桥梁结构都受到锈蚀等问题的困扰，一些工程建成后的维护费用甚至超过了建设费用。而FRP材料具有很好的耐腐蚀性，建成后几乎不需任何维护措施，这对于一些特殊环境地区的桥梁建设无疑是一个福音。这三个优势将使FRP夹心桥面板在桥梁工程中发挥出传统结构材料难以替代的作用。
       同时，与其它的结构材料一样，FRP材料也有一些缺点。首先，FRP材料的弹性模量低。构件的变形成为全FRP桥面板的主要控制因素。FRP夹心桥面板必须通过增大构件几何尺寸来获得几何刚度，从而提高整个构件的刚度，材料的用量势必增大。另一个问题是FRP材料的价格相对较高，使用FRP夹心桥面板的费用大约是混凝土桥面板的2～3倍，是正交异性钢桥板的1.2倍[1]。虽然从整个桥梁生命周期中的总费用来看，FRP夹心桥面板在经济性上并不差[2]，但是较大的初期投资势必会影响FRP桥面板体系在工程中应用的前景。因此，改善现有的FRP夹心桥面板，研究开发出成本低、性能好的FRP桥面板体系是非常需要的。
       我国在这方面的研究起步相对较晚，目前还没有的定型FRP桥面板的产品。但随着工程建设的发展，成本低、性能好的FRP桥面板将会在桥梁工程中有很大的需求量。清华大学土木工程系与北京玻璃钢研究设计院正在联合开发适合中国国情的FRP夹心桥面板以及成本低、性能好新型FRP组合桥面板。
       目前，国外已经有多种不同断面形式的FRP夹心桥面板产品。一般在工厂中按照一定的模数尺寸加工成型，再运到现场安装。常用的连接固定的方式是金属螺栓连接和粘接。这些FRP桥面板产品的自重为0.75～1.1kN/m2，是传统桥面板的1/3～1/4；价格为混凝土桥面板的3～4倍，为钢桥板的2倍。在HS20级荷载的作用下，桥板最大变形为L/450～L/1300，通常一次成型的夹心板的变形比粘接成型板的变形要小一些。世界上最早应用FRP夹心桥面板的是1996年在美国Kansas州Russell附近的无名沟壑上架起的一座公路桥。同年，在加州大学San Diego校区内也建成一座试验性质的小桥，设计荷载HS-20。此后，FRP夹心桥面板在美国发展迅速，现在已经有几十座中小型桥梁。
       除了将FRP桥面板用于新建桥梁中以外，它还被应用在老化桥梁的修理中，即使用FRP桥面板替换原有的混凝土桥板，使桥面结构自重减轻，车载等级提高，使用寿命延长。在New York、Maryland、Oregon等地，有十几座老桥，主要是钢结构桥，在重修中采用了这种FRP桥面板。由于FRP桥面板的应用目前还处在验证阶段，初期费用是偏高的，当应用量增大，FRP产品生产规模扩大，势必使其成本大大降低，近年来，CFRP加固混凝土结构的广泛应用既是例证。因此，让更多的桥梁设计人员认识到这点也是非常紧迫的。