2025年FRP复合材料课业 .pdfVIP

以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》

1FRP复合材料

1.1FRP复合材料特性

复合材料(CompositeMaterial)是指两种以上的材料组合在一起形成的非

均匀材料.事实上,自然界中绝大多数物体都可视为复合材料.在土木工程界,最

典型的复合材料是混凝土.在现代工业界,复合材料是指人工制造合成的二相或

多相材料,通常一相为加强材料(Reinforce),另一相为基质(Matrix).常用的加

强材料有玻璃(Glass)、铜(Carbon)、石墨(Graphite)或碳化硅(Polymer).常用

的基质材料有各类聚合物(Polymer),如高分子聚合物、低分子聚合物、热固性聚

合物和金属、陶瓷等.加强材料通常采用纤维(Fiber)或颗粒(Particle)两种形式.

在工业界最常采用的复合材料是加强纤维复合材料(FiberReinforcedPlastic,

FRP).复合材料的发展历史很短,最早的复合材料产生于1939年,是玻璃纤维复

合材料(Glass/EpoxyFiberReinforcedPlastic,GFRP).从1959开始,工业界开

始生产和应用复合材料.

1.2FRP复合材料在土木工程中应用的优势

复合材料产生和发展的基本思想是充分发挥加强材料和基质的不同材料特

性,并将其有机组合,使复合材料具有传统材料所不具备的物理化学及力学特性.

这种思想类似于钢筋混凝土的特性,利用钢筋承担大部分受拉应力,利用混凝土

承担大部分受压应力.所不同的是,在复合材料中,绝大部分应力均由具有较高强

度的纤维承担,而基质主要起传递剪力和包裹纤维的作用.正是复合材料可以有

机组合不同性质的材料,因此复合材料具有传统材料(如钢材)无法比拟的优点.

复合材料最重要的优点是具有非常高的强度对重量比(StrengthtoWeight

Ratio)及刚度对重量比(StiffnestoWeightRatio),因此复合材料广泛应用在

航空、航天等要求轻质高强结构的领域.此外,复合材料还具有抗疲劳、抗腐蚀、

磁电屏蔽及使用寿命长等优点.

2FRP在国内外的研究现状

要研究纤维增强聚合物（FRP），首先必须了解它的历史。早在1942年美国

军方就用手糊的GFRP（俗称玻璃钢）制作雷达天线罩，这便是最早的FRP材料。

至于将FRP用于民用建筑，直到二十世纪五六十年代才开始。二十世纪七八十

天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

年代纤维增强聚合物在结构工程中的应用与研究逐渐增多，尤其是价格比较便宜

的玻璃钢。但这些应用大多数都是附属性、临时性的构件。FRP材料的优越性能

没有得到充分发挥，即使用FRP作为结构材料也多是尝试性的，没有形成规模。

同时，多数的结构工程师不了解FRP材料，也大大限制了它的应用和推广。近

十年来，尤其在美国北岭地震和日本阪神大地震后，FRP材料（主要是片材）加

同补强混凝土结构技术在工程中得到了很好的应用。随着这项技术在世界各地的

推广和发展，FRP材料的轻质、高强、耐腐蚀、施工性能好等优越性能被工程界

逐渐认可，加上FRP材料规模生产的增加，其价格也较以前有了大幅度的降低，

故FRP开始以各种形式应用于各类土木与建筑结构工程中。

FRP在土木结构中的应用包括将FRP制成棒材代替钢筋用于土木结构；将FRP

加工成束状或索状,充当大型土木工程的拉索或悬索;将FRP与混凝土一起做成

大跨度预制梁、板;将FRP用于公路路面工程,以提高公路的质量和耐久性等方

面。

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