土工合成材料的工程應用
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土工合成材料的工程應用范文第1篇
中圖分類號TV5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）92-0181-02
1 土工合成材料簡介
土工合成材料是以合成纖維、塑料、合成橡膠等聚合物以及玻璃纖維為原料制成的產品，具有防滲、過濾、排水、防護、隔離、加筋和加固等多種功能。自問世以來，發展非常迅速。經工程實踐證明，將土工合成材料放在各土體之間，可以起到很好的加強土體的作用，在公路、鐵路、水利等工程建設中得到了很好的應用。其類型主要有：土工織物，土工薄膜，復合土工織物及復合土工薄膜等。目前在水利工程中大量使用的土工合成材料大多是土工織物、土工膜、土工復合材料等，
2 水利工程中土工合成材料的應用
2.1防滲作用
渠道防滲常采用復合土工膜進行渠道防滲襯砌，防滲是防止流體滲透流失的作用。在水利工程中需要進行大量蓄水以及引水等水利工程建設，這些建筑施工中如何進行防滲處理一直是施工中國的難點所在。土工合成材料出現以來，我們發現其具有良好的防滲效果，可以用來進行水利工程建筑的防滲處理。土工合成材料的防滲效果取決于其物理力學指標，土木合成材料大多由弱透水材料構成，主要是土工膜和復合土工膜。二者的物理特性在于防止氣體揮發和建筑物滲水。一般而言，土木合成材料的防滲處理大多應用在土石壩上游壩面防滲，做法是將水庫中水放凈，然后在混凝土壩的上游粘貼土工膜，為了對土工膜進行穩固，還要設置一些鋼槽來夾住土工膜。隨著施工技術的不斷改進和提高，現在已經對該工藝進行改進了，利用一些土木網格，用來粘貼土工膜，這樣即使水滲過土工膜，也會被土木網格所收集，進一步加強了土木合成材料的防滲作用。當然，這只是土木合成材料防滲的一個方面，還可以將其應用于漿砌石壩或碾壓混凝土壩的上游壩面防滲以及渠道防滲等。
2.2防護作用
水利建設中，經常發現堤坡和岸坡被破壞的現象，對水利設施的安全帶來巨大隱患，這些破壞行為的發生有大自然的破壞作用，也有人類經濟活動帶來的損害。為了加強堤坡和岸坡的保護，一直以來，我們采用各種辦法，例如可以建設岸坡防護，通過岸坡防護來緩解水流的沖刷和破壞，還可以采用柴排、石籠、或打樁護坡等方法來進行保護。但從實踐來看，效果并不十分明顯，這些防護措施持久性差，經常需要維護和更新，不僅造成工程維護成本大幅增加，也不利于保護效果。為此，我們可以利用土工合成材料的優勢，來進行堤坡和岸坡保護。做法很簡單，就是在在被保護的土面上覆一層土工織物，為了防止土工織物發生移動，可以找一些重物壓在上面，由于土工織物有良好反濾性能，因此可以有效的防止水流沖刷對堤坡和岸坡的破壞作用，這種方法不僅簡單易行，而且造價便宜，也不需要進場進行維修和維護，是一種理想的施工措施。
2.3排水作用
土工材料不僅具有防滲、隔離以及防護作用，還有利于水利建筑物的排水，利用土工材料可以在建筑物的土體中形成一條通道，土體中的水流可以沿著這條通道流到外面去，這種排水作用主要用于土壩內部垂直或水平排水、土壩或土堤中的防滲土工膜后面或混凝土護面下部的排水。
3 水利工程中土工合成材料的鋪設施工
防滲土工合成材料因鋪設結構形式的不同，其施工工藝和鋪設技術也不盡相同。例如斜墻上土工合成材料的鋪設：1）土工合成材料鋪設前，應按施工圖紙要求完成支持層施工，土工膜鋪設前先進行下墊層施工，支持層應碾壓密實，坡面平整；2）開挖基礎錨固槽和坡面防滑槽，其斷面尺寸應符合施工圖紙的規定；3）對基礎錨固槽、坡面防滑槽和壩坡坡面進行清理和驗收后，由上向下滾鋪卷材，鋪設應平順，松緊適度，預留大約 1%的余幅，以免受拉破壞；4）鋪設過程中，作業人員不得穿硬底皮鞋及帶釘鞋。不準在土工合成材料上卸放護坡塊體，不準用帶尖頭的撬動工具，不準進行可能引起土工合成材料損壞的施工作業；5）土工合成材料與基礎及支持層之間應壓平貼緊，避免架空。對易產生架空現象的壩面馬道部位可設置水平槽。
再例如心墻土工合成材料鋪設：1）中央防滲的土工膜和復合土工膜應和壩體填筑同時進行，按“之”字形鋪設。其具體折皺高度和折皺角度應滿足施工圖紙要求；2）若沿壩軸線方向設有伸縮節、并采用單一土工隔膜時，應在隔膜兩側加細顆粒料或加土工織物；3）回填兩側砂礫石料時，得用振動碾壓。在距土工膜50cm～100cm范圍內只能用小型設備壓實。
土工膜與周邊連接施工時，土工膜應通過錨固槽與河床或岸坡的不透水基巖緊密連接，頂部應錨固于防浪墻的混凝土中，以形成整體防滲。其錨固長度應符合施工圖紙的要求；2）土工膜與周邊的連接形式應符合施工圖紙的要求。土工膜與下部混凝土防滲墻連接時，土工膜應直接埋入防滲墻混凝土內。與岸坡基巖或混凝土建筑物連接，可直接錨在基巖或混凝土面上，或埋入混凝土齒墻內，并同時在岸坡附近設伸縮節。當土工膜用于斜墻防滲時，應在鋪設好的土工膜上進行保護層施工。保護層的形式應符合施工圖紙的要求。混凝土或石料的保護層鋪設應處理好基礎，保證保護層不會滑動；土料保護層、應自下而上分層填筑，鋪料厚度和壓實干密度應滿足施工圖紙的要求。每層土工合成材料被回填覆蓋前，承包人應會同監理人按工程隱蔽部位的驗收要求，對土工合成材料防滲體施工質量進行以下項目的檢驗和驗收：1）每層土工合成材料被覆蓋前，采用目測或用真空法、充氣法檢查有無漏接，接縫燙損和折皺等缺陷；2）進行拉伸強度試驗，要求接縫處強度不低于母材的80%，且試件斷裂不得在接縫處，防止接縫不合格。
總的來講，水利工程中廣泛的應用著土工合成材料，今后我們要在工程實踐中，不斷摸索和探討土工合成材料使用方式和手段，將土木合成材料的作用發揮到最大。
參考文獻
土工合成材料的工程應用范文第2篇
關鍵詞：土工合成材料；灰庫；應用
0 前言
土工合成材料是一種新型的建筑材料，由于其具有質量輕、施工簡易、運輸方便、料源豐富等優點，自問世以來，發展非常迅速，尤其是近二三十年在全世界范圍內得到迅速的發展和廣泛的應用，取得了良好的經濟、社會和環境效益，國內外已廣泛應用在水利、交通、電力、堤壩、防止沙漠化和水土保持等工程建設中，其中我國電力能源系統新建電廠粉煤庫90％以上采用土工合成材料修建灰庫堤，40％的老灰庫維修和擴建也均采用了土工合成材料。
1 土工合成材料在黃石火電廠灰庫加高子壩工程中的應用
用于儲存火電廠粉煤灰的地方稱為灰庫，其相應擋灰的建筑物稱為灰壩。在火電廠運行過程中，灰庫將逐漸被粉煤灰填滿，因此，許多電廠在原來灰壩上加筑子壩，從而提高了灰庫的庫容，延長灰庫的使用壽命。湖北黃石火電廠分別對其所屬的筲箕窩灰庫和百沙灘灰庫進行了加高子壩的工程。在這兩項工程中，均采用了土工合成材料，下面具體介紹一下土工合成材料在這兩項工程中的應用和施工。
1.1 筲箕窩灰庫加高子壩工程
1.1.1工程情況。該工程由1號、2號兩座土石代料子壩，兩座排水豎井組成。加高子壩高6m，由混合代料經分層填筑碾壓而成。在壩體的排水盲溝、壩基以及迎灰面均鋪設有400g/m2的無紡土工布，共計28550m2。
壩底排水盲溝尺寸為50cm×50cm，溝中充填瓜米石。為保證排水盲溝的反濾排水，在溝底三個側面均鋪設無紡土工布。由于地基是粉煤灰，為防止滲透破壞，故沿整個壩基也鋪設了無紡土工布，把粉煤灰與上部填筑代料隔離開來，同時又增強了地基承載能力。壩體迎灰面鋪設的無紡土工布主要起到反濾排水的作用，以防止粘土鋪蓋和粉煤灰中細小顆粒進入到后部代料區。
1.1.2無紡土工布施工。在施工中，無紡土工布的鋪設采用人工操作，設專人負責。具體方法是：在碾壓平整后的壩基面和壩坡面上，垂直壩軸線方向鋪設，鋪設過程中采用撤退式方法鋪設。垂直壩軸線方向上的土工布必須是整塊，不允許連接。平行壩軸線方向允許土工布連接，連接采用專用縫合機和滌綸線雙線縫接，為保證整體性，搭接長度大于10cm。土工布和岸邊基巖結合處考慮沉陷引起的張拉現象，各邊應留0.5m左右的余量，可供伸縮變形，以杜絕漏灰問題的發生。
1.2 百沙灘灰庫加高子壩工程
1.2.1工程情況。該工程為一長約1300m、高1m的子壩。子壩直接修筑在原灰壩上，一面擋灰，一面擋水，采用“HEC”固化粉煤灰分層填筑、碾壓而成。在該工程中，為防止加高子壩與老壩結合面的滲透破壞，在壩身內部加設一道垂直的土工膜，土工膜在老壩和子壩中各插入25cm。選用土工膜為“F-5”型（580g/m2），其物理力學指標為：抗拉強度19KN/m，延伸率53.6％，CBR頂破強度3.41KN，垂直滲透系數4.76×10-13cm/s。
1.2.2土工膜施工。在鋪設垂直防滲土工膜時，設計深度應深入老壩內0.25m。先由人工在老壩壩面開挖10cm×25cm的槽縫，然后將土工膜垂直放入槽內，鋪完塑的溝槽采用粘土漿充填。每兩塊土工膜之間采用搭接，搭接長度30cm，待搭接部位洗凈擦干后采用自走式熱熔雙縫焊機焊接。局部破損的土工膜補漏，采用PVC膠合劑粘接，粘接寬度不小于15cm，要求粘貼牢固、均勻、可靠。土工膜槽口外漏段，應敷土加以保護，避免陽光直接照射。
上述兩工程由于采用了土工合成材料，簡化了設計和施工程序，一定程度上為工程的順利完工創造了有利條件。工程投入正常使用一年后，經實地復檢表明兩座灰壩均運行正常，沒有出現滲透破壞現象，這說明土工合成材料在灰壩工程中的運用是成功的。
2 結束語
土工合成材料作為一種全新的工程材料應用時間不長，經驗不足，目前還存在一些問題，如測試設備的升級滯后于該材料在工程中的應用，部分類型材料易老化以及該材料價格過高，提高了工程造價等，這些都限制了它的進一步推廣應用。但我們相信，隨著土工合成材料研究工作的深入，隨著生產的批量化和生產技術的改進，更重要的是人們對這種材料優良技術性能的進一步認識，土工合成材料在工程實際中，特別是灰庫工程中會得到越來越廣泛的運用。
參考文獻：
土工合成材料的工程應用范文第3篇
關鍵詞：舊路；加寬；穩定性；土工格柵
一、公路工程發展中的應用現狀
隨著我國公路建設事業迅速發展，公路的交通量迅速增長，特別是近年來超載愈演愈烈，加速了道路病害的產生，大大縮短了維修養護的間隔時間。一些早期修建的公路已經越來越不能滿足日益增長的交通量的需要，除了新建一些公路以滿足日益增長的交通量需求外，對一些舊路的改擴建也勢在必行。舊路的改擴建就是在原路基礎上進行技術改造，加寬舊路路基和提高道路等級的一種技術措施。這些舊路的改擴建，充分利用了原有路基，既少占了公路建設用地，又滿足了社會發展的需要。舊路路基加寬工程最大的技術難題 是解決新舊路基不均勻沉降問題。如何防止新老路基的縱、橫向不均勻沉降和裂縫，成為確保工程質量的重點和關鍵。
二、 國內外舊路加寬綜合處治技術綜述
在城市道路加寬改造工程中，最重要的技術問題就是既有路基于拓寬路基之間的綜合處治。包括：綜合考慮加寬路基的穩定性、新舊路基間的整體性、路基沉降、路堤自身的壓縮變形、路基土的塑性累計變形等造成的不均勻沉降，以及新舊路基間的剛度差異等對路面結構的影響等。土工合成材料由于具有特殊的物理力學特性而在舊路加寬綜合工程中發揮著極其重要的作用。
引起舊路拓寬工程出現病害的原因是多方面的。其中，新舊路基之間的不良結合和不均勻變形時最根本的原因，也是路基拓寬工程中的主要控制因素。因此，在舊路拓寬工程中補習采取切實有效地工程技術措施，減小地基的不均勻沉降，保證新舊路基的強度、剛度和整體穩定性，加強新舊路基結合部的處治措施，減少拓寬工程路基的病害發生。通常可采用軟弱地基處理、基底清淤換填、舊路路堤臺階開挖、土工合成材料加筋墊層和加筋土路堤、土工織物防滲和排水、改良土高強路堤和輕質路堤、鋪設土工合成材料防裂層或增大加鋪厚度等工程技術措施。
三、工程簡介
本工程為港城大道道路改造工程項目1標，工程全長5565m，起終點樁號為K1+056~K6+800。本工程不包含東金路立交橋梁（K3+261~K3+849）,但包括橋下8m輔路及人行道和設施帶。道路紅線寬度為80m，路基主線寬度為56m、中間8m分隔帶、兩側設置雙向十車道路面（寬度為20m）、道路兩側為3m人行道。其中工程起點經一路K1+056~東金路K3+580和楊北公路K5+600至終點津漢支線K6+800兩段為舊路加寬段。
四、土工合成材料在舊路改造中的應用
在舊路加寬工程中，常用的土工合成材料就是土工格柵。土工格柵對土的加固機理在于格柵與土之間的相互作用。在新舊路基結合部采用土工格柵可有效地預防差異沉降的產生，這是因為：第一，由于土工格柵與土接觸面的的摩擦作用，降低了加寬處土的垂直應力，使土體承載能力得以提高，減少了不均勻沉降；第二，土工格柵對土有鎖定作用，由于土工格柵網眼的存在，制約了路基中顆粒材料的橫向移動，形成良好的嵌鎖作用，使土體具有較好的整體抗剪能力。；第三，由于水平鋪設的土工格柵具有彈性，在反復荷載作用下，不會產生變形的積累；第四，土工格柵具有一定的張力和延展性，能使路基與土工格柵形成一個連續柔性整體結構。
土工格柵的鋪設：土工格柵的鋪設采用橫向鋪設，關鍵是保證其連續性，不出現斷裂、彎扭折皺、松弛，但又要避免過量拉伸。材料應堆放在陰涼處，嚴禁暴曬和雨林，以免其性能老化。軟基處理段與未處理段的交界處設置過渡銜接，并保證必要的搭接長度。在路槽縱向鋪設跨施工縫的土工格柵，加強新舊路基的橫向聯系，減少裂縫反射。本工程路基加寬開蹬搭茬采用鋼塑復合凸結點雙向土工格柵網.
1.主要性能要求如下:
縱向抗拉強度： ≥50KN
橫向抗拉強度： ≥50KN
伸長率： ≤3%
結點剝離力： ≥400KN
網眼尺寸不大于10cm
同時，為盡量減少搭接工程數量，鋼塑雙向土工格柵幅寬應不小于4.0m。
2.本工程加寬路基接縫工藝處理如下：
（1）自舊路瀝青路面邊緣向下按1：:0.3的坡度切坡，將該坡度線以外，凡居新建路基底面標高以上部分的舊路及邊坡全部挖除
（2）清除舊路邊坡壓實度不足部分，在堅實的舊路基邊坡上開挖臺階，臺階寬度不小于1m，高度不大于3層（60cm）壓實的總厚度；每個臺階上的第一層，填石灰含量為6%的石灰土，其寬度應覆蓋臺階全寬并搭在新填路基上2cm。
（3）每3層頂部鋪一層2米寬土工格柵，待施工到道胎位置，上預壓土預壓3個月后卸載，再整體全斷面鋪設鋼塑復合凸結點雙向土工格柵；
（4）土工格柵的鋪設采用橫向鋪設，垂直與路堤軸線方向，搭接不小于30cm，用綁絲每隔20cm間距綁牢，保證其連續性
（5）雙層或多層土工格柵上、下層搭接部位應錯開不小于50cm距離。
（6）土工格柵上的第一層填料采用輕型推土機或前置式裝載機碾壓，一切車輛、施工機械只容許沿路堤軸線方向行駛。
3.加寬填筑時注意事項
（1）原路基邊坡填筑前挖臺階時頂面挖成2%~4%的內傾斜坡，底部第1級臺階的開挖寬度不得大于1/2的邊坡寬度，開挖后的老路邊坡，應及時采取必要的措施，防止雨水沖刷等引起路堤開裂及滑塌，以確保老路堤的穩定。
（2）路堤邊坡開挖后，要認真檢查橋梁等結構物與路基連接處，若發現橋頭搭板下有塌空現象，應采用級配砂礫回填并灌漿加固措施處理，待充分密實后再進行拼寬填筑。
（3）認真清理加寬斷面的原地面，若下面有砂礫墊層，則應按設計要求認真整平和壓實。
（4）老路邊坡的開挖和填筑應沿縱向分段推進，老路堤邊坡開挖必須隨挖隨填，挖一層，填一層。
（5）土工格柵鋪設后應及時填筑填料，避免受陽光過長時間暴曬，間隔時間不應超過48小時。
（6）土工格柵下承層應平整，鋪設時應拉直、平順、繃緊、緊貼下承層，不得扭轉、褶皺。
土工合成材料的工程應用范文第4篇
關鍵詞：加筋；土工合成材料；使用
中圖分類號： TU472 文獻標識碼： A 文章編號：
加筋類土工合成材料是在土體中與周圍的物質相接觸的，因此，有一些特殊的破壞形式也是與它們之間的相互作用機理相關的。也就是說，土工合成材料是與三維結構相結合的，許多使用了土工合成材料的結構物的破壞形式是由于二維土工合成材料和三維結構物之間的相互作用引起的。如果加筋材料不能起到其應有的加筋功能，那么其事故的結構形式基本與土的結構破壞形式相同。
1、加筋土坡表層的不穩定性
這是加筋墊層間分離作用的一個跡象。也就是發生在土工合成材料加筋層之間的加筋土坡層的局部不穩定性。在加筋土結構中，這里可能是加筋材料沒有對土的特性產生影響的部位，平面加筋筋材對土體的影響部位與立體加筋筋材相比，立體加筋筋材對土體的影響部位要大的多，就是說對被加筋的土體的失穩控制要強有力的多。相對于平面加筋筋材來講，在土體中沒有加筋的大部分區域，土的特性并沒有因加筋材料的加筋作用而改變。所以，在這些部位，所表現出來的仍是沒有加筋土的破壞形式。例：尤其是在高填方領域，隨著填土高度的增加，土體的失穩破壞就會增大，平面筋材在一定填土高度內是安全的，但隨著填土高度的增加，筋材與土體累計接觸面在被加筋土體中越來越小，因此隨著填土高度的增加，使用平面筋材加筋的風險系數增大，這種高填方使用筋材加筋路堤的破壞，近年來在逐漸增加。例廣東的汕梅高速公路西關坳高邊坡93米，是廣東高速公路最高邊坡，雖然采用了加筋處理，但仍然在施工后期發生開裂，差一點造成重大質量事故。同時，在選擇筋材時，也要考慮當地的土質情況，如果屬于松散、黏結強度不高的粉性土質，應考慮采用立面的加筋筋材會更安全、可靠。
以上的這個例子顯示，使用加筋材料的工程師應依據每個工程的特定巖土及修筑方案的情況，詳細考慮在巖土工程中熟知的影響土坡及土體穩定性的力。這些力在任何時候、任何部位都需被考慮并賦予一定的安全系數值。在一些較為特殊的修筑領域，對加筋材料的選擇上，應考慮與土體結合更為緊密、更為廣泛的立體加筋材料—土工格室。
2、土體與加筋材料拉伸的相互作用
當加筋材料應用于土體加筋時，它將受到一個拉力的作用，這個拉力的產生是由于土體發生了位移，這將引起土工合成材料加筋土結構的變形。這個變形可能影響其使用的可靠性，進而應考慮其結構的破壞。
這個例子顯示需要考慮的相關因素，一是土工合成材料加筋時施工預拉是減小土體和結構物變形需要的一個施工途徑；二是在選擇加筋材料時，對材料自身的變形性及變形時相對應的材料強度要考慮進去，也就是說對于在土體中使用的加筋材料，其關鍵指標一是筋材的延伸率，如果材料的延伸率過大，加筋將失去意義，在土體靜荷載與動荷載的壓應力下，如果使用的筋材延伸率大，土體的變形就會大，并且宜在長期的荷載作用下，產生蠕變現象，所謂蠕變就是指筋材在不斷的應力作用下，逐步被拉伸變形，雖然筋材本身沒有發生斷裂，但被無限（這里的無限是相對于巖土工程中土體允許變形量而言的）拉長的筋材就失去了對土體加筋、控制的意義。對于筋材第二個關鍵的指標就是使用的筋材強度指標。筋材在土體中承受應力水平的高低，與筋材的強度指標形成正比關系，筋材的強度越高，對土體的加筋效果會越好，當然這種強度指標也不是無限大就好。因為還要考慮筋材與土體結合的緊密程度（摩阻系數與抗拉拔系數）。如果筋材的強度指標過低，筋材在應力的作用下，就會被拉斷。因此對于應用于土體中的加筋材料來講，延伸率的指標與強度指標缺一不可，延伸率高，土體易發生過量的變形，加筋失去意義，強度值低，筋材可能會被拉斷。依據國內及國際土工加筋材料的發展及使用經驗，例：目前在國內巖土工程中大量使用土工格柵中的雙拉格柵及單拉格柵，在國標及部頒標準中，對它們的延伸率指標都是有嚴格要求的，雙拉最大不能超過16%；單拉最大不能超過10%，強度指標最小也要大于20kN/m，并且設計人員在取強度值時，要求的是相對應一定延伸率下的強度指標，這種可控的指標才是巖土工程中有效的強度指標。在一般情況下，加筋材料在國內取值為10%對應內的材料強度值。
3、土體與筋材的最低有效長度問題
當加筋材料的應用領域比較特殊時，如使用于填挖交界、老路拓寬的新舊交界處等特殊領域做加筋處理方案時，筋材在土體中屬于應力集中的局部受力情況，此時，不僅要求設計人員在處理方案的選擇上，不僅要采取傳統的巖土處理方案，比如在交界面開挖一定的臺階，緩解應力集中的現象，而且，要采用加筋類的土工材料作需要的滑動驗算。
在土工合成材料加筋路堤的公路行業規范中，要求加筋材料伸入到穩定土中的錨固長度，不得小于最小錨固長度L m ，最小錨固長度采用下式計算：
L m = TGc Fm / (2σ0ƒGs)
式中L m — 最小錨固長度 （m）
TGc — 土工合成材料抗拉強度 （kN/m）
Fm —— 錨固安全系數，對無粘性土取Fm = 1.5 ，粘性土取Fm = 2.0 ；
σ0 —— 作用在某層筋材上的上覆壓力（kPa），按自重應力計算；
ƒGs — 土與土工合成材料的界面摩擦系數，其值按ƒGs = 0.9tgφq 取用。
當計算的最小錨固長度小于2.0 m時，取為2.0 m 。（注：如果用于臺階處，臺階的寬度最少不能小于2 m 。）
土工材料的鋪設長度L為滑動面內的長度L a與錨固長度L m 之和，即：
L = L a + L m
無論怎樣的加筋方式，在被加筋的土體中，都必須達到這個有效長度，否則加筋就會失去意義，就會對加筋土工程帶來危害。
4、結語
土工合成材料的工程應用范文第5篇
【關鍵詞】土木工程；FRP復合材料；應用
中圖分類號： TB33 文獻標識碼： A
前言
目前由于土建工程的不斷壯大，土建工程中施工技術水平的提高，尤其FRP復合材料運用的問題得到了人們的廣泛關注。雖然我國在此技術上有所完善和進步，但是仍然存在一些問題和不足需要改進。在建設社會主義和諧社會的新時期，進一步加強土木工程的FRP復合材料技術，保證施工中的安全質量，是促進土木工程發展的一個重要環節。
二、FRP復合材料基本性質簡介
1、FRP是由多股連續纖維，如玻璃纖維、碳纖維及阿拉米德纖維等，采用基底材料膠合后，經過特制的模具擠壓、拉拔而成型。常見的FRP包括玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料和阿拉米德纖維增強塑料等。不同的纖維化學成分不同，力學性能也有較大差別，相應FRP的力學性質表現出很大的差異。
2、FRP的主要特點有：
（1）抗拉強度高。三種FRP的抗拉強度均明顯超過了鋼筋，與高強鋼絲差不多，且在達到抗拉強度之前，幾乎沒有塑性變形產生。
（2）抗腐蝕性和耐久性好。與鋼材相比，FRP均具有很好的抗腐蝕性和耐久性，因而可提高結構使用壽命，尤其用于腐蝕性較大的環境效果更為顯著。
（3）自重輕，施工方便。FRP密度僅為鋼材的25%左右，這樣，當建筑結構中采用FRP時，施工非常方便，可降低勞動力費用。當用于舊有結構的維修加固時效果更為明顯。
（4）熱膨脹系數與混凝土相近。這樣當環境溫度發生變化時，FRP與混凝土協同工作，兩者間不會產生大的溫度應力。
（5）彈性模量小。FRP的彈性模量約為普通鋼筋的25%~70%，這樣，FRP混凝土結構的撓度較大和裂縫開展較寬將不可避免。
（6）抗剪強度低。FRP抗剪強度很低，通常不超過其抗拉強度的10%左右，在將FRP用作預應力筋以及進行FRP的材性試驗時，相應的錨、夾具需專門研制。
（7）材料較為昂貴。由于FRP的生產制作工藝較復雜，一般需采用專門的長線擠壓臺座才能完成。
通常，FRP筋中纖維含量為70%~80%，樹脂占20%~30%，纖維含量愈高，FRP強度愈高，但擠壓成型時愈困難。以9mm直徑的FRP為例，其中包含了約12萬根的連續纖維。
三、FRP在土木工程中的關鍵技術及應用
絕大多數修復工作包括對由于地震和其他自然災害造成的損壞及結構老化的修補組成。由于環境、設計不周、建筑質量低劣，需要對建筑結構進行加固，且這種處理方式可以滿足當前的設計與使用要求。因此，近二十年，結構修補與加固在世界范圍內引起了極大的關注。最近試驗和分析研究表明：利用 FRP復合材料來修復現有的結構比傳統方式更節省成本、更能縮短時間且更容易施工。
歷史上，復合材料首先應用于鋼筋混凝土（RC）橋梁的彎曲加固，應用于鋼筋混凝土（RC）立柱和無鋼筋砌筑墻抗震的加強。
1、關鍵的材料技術
（1）高性能FRP復合材料改性技術研究FRP復合材料與土木工程常用建筑鋼材相比具有高強、輕質、耐久、耐疲勞、易施工與可設計等諸多優點，不同的FRP復合材料與傳統建筑鋼材相比有不同的特點但也有一定的弱點，如與鋼材相比，其韌性差，破斷延伸率較低(鋼材破斷延伸率約為15.0%一26.0%，而CFRP為1.5% , AFRP為1.5%一2.0% , GFRP為2.5%一3.0%的破斷延伸率)，破壞時沒有屈服臺階.土木結構對材料韌性的基本要求是2.5%一3.0%.所以，CFRP和AFRP的強度高，但韌性差.GFRP可以滿足韌性要求，但模量和強度低，這就使得其在土木工程中的應用效果大大降低.因此，如何通過對各有特點的不同纖維材料的復合改性，使其具有高性能(高強、高模、高耐久性及良好的韌性等)同時又具有低成本、良好的環境親和性，是影響現有高性能FRP復合材料在現代土木工程中應用的關鍵材料技術問題.該問題一旦獲得解決，將會給現代土木工程材料技術帶來革命性的變革，也會為復合材料領域帶來一個巨大的潛在市場與更大的發展機遇。
（2）高性能FRP復合材料。關鍵配套材料和設備研究開發由于土木工程用FRP復合材料形式是多種多樣的，其應用環境、應用方法也多種多樣.因此，僅僅解決FRP復合材料改性技術，并生產出適合于土木工程應用特點的材料還不夠，還必須解決其配套的關鍵材料與設備技術問題.主要包括以下兩方面內容:特種粘貼樹脂基體結構設計及材料合成技術;高性能FRP復合材料筋/索錨具及預應力張拉設備研制.
2、關鍵的設計技術
（1）新的工程力學分支―復合材料力學。由于材料的非勻質，由復合材料制成的板、殼及薄壁桿件的力學性能不同于傳統材料制成的結構構件.因此基于勻質材料的經典彈塑性力學及板殼理論，不適用于分析復合材料結構構件.最典型的例子是復合材料可能出現彎拉藕合( Bending Stretching Coupling)、彎翹藕合(Bending-Twisting Coupling)及拉剪藕合(Stretching-Shear Coupling)。
例如，板在平面應力作用下會產生平面外彎曲及翹曲.正是這些不同的力學性能給學術界提出挑戰，并產生新的工程力學分支―復合材料力學.從70年代開始，在美國國家宇航局(NASA)的資助下，越來越多的工程力學界學者轉向復合材料力學研究，至今已經出現許多激動人心的學術成果.
（2）設計參數的選擇。盡管復合材料具有如此多的優點，但在工業界中的應用還僅限于航天、航空、汽車及造船領域，在土木工程中還鮮有應用.限制復合材料廣泛應用的原因除了采用復合材料的結構造價昂貴外，另一個原因是設計的復雜性，和傳統材料結構相比，復合材料結構設計參數非常多.例如，設計一塊承重板，采用傳統的勻質材料，設計參數主要有擬選用材料的類型及板的厚度;而采用復合材料疊合板結構(Laminated Plate)，需要確定的設計參數有加強筋的材料類型、基質的材料類型、板的厚度薄層板的數量，各薄層板中纖維方向等.這些設計參數必須仔細選擇，不同的設計參數組合可以導致結構力學性能的極大差別.
（3）快速有效的優化設計。由于復合材料結構造價昂貴，在設計過程中必須考慮優化，以降低結構自重，減少材料用量.而如前所述，復合材料結構設計變量多，優化搜尋次數多，特別是當幾何尺寸變量變化時，有限元模型(幾何形狀，網格劃分)必須重新建立，使優化設計成為非常冗長復雜的過程.因此如何快速有效地進行優化設計成為學術研究的重要課題，華僑大學在這方面作了一些有益的前期工作，一個直接可行的方法就是在詳細設計前，進行初步設計，并且采用簡化方法進行分析，以避開復雜的有限元計算.從而，得到較接近優化設計的初步設計方案，減少詳細設計中的優化搜尋次數，因而大大減輕詳細設計的工作量和難度。
（4） FRP復合材料加固補強設計方法。采用FRP復合材料對已有結構進行加固補強，應充分考慮其材料的差異、工藝的差異，以及環境的影響。
四、FRP復合材料在土木工程中的展望
FRP復合材料具有輕質、高強、耐腐蝕等多種優點,作為結構加固補強材料具有巨大優勢。FRP加固技術在民用建筑、工業廠房、橋梁以及地鐵隧道等結構加固中都具有非常廣闊的發展應用前景。
我國對FRP加固修復工程結構技術的研究和應用雖取得了一定成果,筆者認為,仍需要在以下方面進行深入研究:(1)加固時應充分考慮FRP材料的差異、工藝的差異以及環境等的影響；(2)加強FRP材料及結構耐久性及疲勞性能研究；(3)深入研究FRP的性能,加快FRP材料的國產化進程,努力開發FRP的應用潛力；(4)加快FRP加固工程技術規范與標準的制定等。
五、結束語
通過對FRP復合材料及其在土木工程中的應用研究的問題分析，進一步明確了FRP復合材料在土木工程中的應用方向。因此，在土木工程中的后續發展中，要不斷提高FRP復合材料技術的研究，促進土木工程的進一步發展。
參考文獻
[1]葉列平，馮鵬 FRP在工程結構中的應用與發展 土木工程學報 2006年
