玻璃钢加固桥面的性能评测

在美国明尼苏达州恶劣的气候条件下，一种用于加固混凝土桥面的钢筋的非金属替代品有可能更持久、更经济地维护桥梁。初步研究表明，用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)建造的桥面的性能与传统建造的桥面相当。

混凝土中预埋钢筋的腐蚀是桥面退化的主要原因。当道路盐中的水分和氯化物渗入桥梁上部结构并腐蚀钢时，就会造成损坏。在美国中北部的严冬，冰冻和解冻的循环会放大这种影响，导致混凝土开裂，从而进一步暴露出嵌入的钢筋。

GFRP钢筋是传统钢筋的非金属替代品，不会氧化或生锈，具有很强的抗腐蚀性。在加拿大的部分地区，GFRP已被用作桥面加固，但在美国的使用有限。之前对明尼苏达州第一座使用这种替代加固的桥梁的研究发现，GFRP的抗腐蚀能力明显优于传统的钢筋，并且没有结构问题。

2018年，美国在169干线公路上建造了一对并排的桥梁，一座使用GFRP桥面加固，另一座使用传统的环氧涂层钢加固。这个建设项目提供了一个独特的机会来比较两种加固类型的性能，因为桥梁暴露在相同的环境压力下，经历了非常相似的交通条件。这是一个很好的展现机会，可以直接比较玻璃钢加固和环氧树脂涂层加固的桥面。每个桥面的应力、应变和挠度都非常相似。

对比目标

该项目的目的是比较两个在役桥面的结构性能和耐久性，并评估GFRP作为传统钢筋替代方案的潜力。

检测准备工作

在桥梁建造时开始的多方面的努力使得GFRP与桥面钢筋加固的性能进行了全面的评估。首先，在桥梁设计的指导下，研究人员在混凝土浇筑之前在桥面内安装了传感器。这有助于测量桥面随时间的应变和温度变化。

近四年的监测包括从传感器收集温度和应变数据，评估相关应力，并将性能与设计准则进行比较。测量捕获了一般和极端情况下甲板响应。

GFRP样品经过各种实验室测试以证明其材料特性

附加在大梁和桥面上的仪器在施工后立即、一年后和两年后进行活载测试时测量应力和应变。活载试验复制了交通荷载效应，并用于了解活载如何从应用点分布到桥面和单个梁。

在整个项目中，每六个月进行一次目视桥面检查，使调查人员能够评估桥梁上部结构的状况，记录任何裂缝，并根据收集到的传感器数据解释潜在原因。

在实验室中，GFRP样品经过拉伸加载直到失效，使研究人员能够开发应力-应变曲线来确认材料的力学性能。最后，对两座桥面进行了全生命周期成本分析，包括施工、材料、人工、运营和长期维护成本，评估了玻璃钢钢筋与传统钢材相比的经济潜力。

最终结果说明

桥面之间的短期和长期性能比较显示没有显着差异或任何不寻常的行为。

活载试验结果表明，各桥面结构性能相当，符合设计要求。同样，长期监测数据显示，虽然GFRP甲板总体上记录的应变值略高，但两种甲板在监测期间的表现相似。

第一轮检查发现两座桥的桥面和全深度裂缝。最初，钢加固桥梁比玻璃钢加固桥面出现更多的裂缝。随着时间的推移，两座桥梁的裂缝模式变得相似，然而，调查人员指出，玻璃钢桥面的裂缝可能不那么令人担忧，因为它们不会导致嵌入的钢筋腐蚀，也不会导致腐蚀导致混凝土进一步开裂。

爱荷华州立大学土木、建筑和环境工程系副教授Behrouz Shafei表示，研究发现，使用玻璃纤维增强聚合物代替环氧涂层钢筋来加固桥面，可以提高明尼苏达州桥梁的抗腐蚀性，减少维护需求，延长使用寿命。

实验室试验结果表明，GFRP筋具有较高的抗拉强度，但其脆性较钢高，与钢在应力作用下逐渐屈服不同，其破坏更为突然。由于单个GFRP筋无法承受超过容量的压力，因此任何GFRP失效都可能会延长，从而提供潜在失效的警告。

对比两种桥面的全寿命周期成本，65年使用寿命的玻璃钢桥面比相同使用寿命的钢筋桥面成本更低。随着玻璃钢面板目标使用寿命的增加，差异也随之增大。

未来情况

虽然GFRP钢筋在两座桥面上的使用已经持续了大约四年的时间，但对于交通部来说，确定采用这种新材料还为时过早，因为桥梁的设计寿命通常为75年。未来几年将提供更多关于玻璃钢性能的信息，相关机构将继续调查其使用情况。

此文由中国复合材料工业协会编译，文章不用于商业目的，仅供行业人士交流，引用请注明出处。