1　引　言

　　樹脂基玻璃纖維增強復合材料( FRP) 因為其比強度和比模量高, 耐腐蝕、抗疲勞性、減震性能好以及破損安全性能好、可設計性和工藝性好, 在航天航空、汽車、船舶、化工、電子和建筑等行業(yè)中已有廣泛的應用。從20世紀70年代末開始, 復合材料在橋梁工程中逐漸得到應用。目前, 復合材料在橋梁工程中的應用主要包括:①橋梁構(gòu)件的加固補強;②橋梁構(gòu)件的替代應用, 如橋面板;③新人行橋和公路橋梁的設計和建造等方面。
　　FRP結(jié)構(gòu)的拉擠型材和夾層結(jié)構(gòu)在新建工程中已得到了應用, 在人行橋梁和橋面板應用上, 材料自重輕、強度高、成型方便、耐腐蝕、抗疲勞等特性發(fā)揮了很大優(yōu)勢。第一座FRP人行橋在20世紀80年代投入使用, 而20世紀90 年代末期, 出現(xiàn)了最早的FRP橋面板。在近10 年中, 復合材料人行橋和輕型車輛橋的設計和建造上取得了很大進展。
　　采用復合材料拉擠型材設計建造桁架結(jié)構(gòu)橋梁具有廣闊的應用前景。該設計方法對于結(jié)構(gòu)形狀的限制較小, 可以預先拉擠形成標準構(gòu)件, 對于運輸需要考慮的長度沒有限制, 同時因其現(xiàn)場組裝方便, 也適用于應急搶修橋梁的建造。

2　拉擠型材復合材料概念

　　拉擠成型工藝是一種能夠經(jīng)濟的連續(xù)生產(chǎn)復合材料的制造工藝。該工藝是將纖維束或纖維織物通過紡架連續(xù)喂入, 經(jīng)過樹脂膠槽將纖維浸漬, 再穿過熱成型模具后進入拉引機構(gòu), 按此流程可制成連續(xù)的復合材料制品。拉擠工藝可生產(chǎn)出截面形狀復雜的連續(xù)型材。
　　由于拉擠型材中纖維主要沿軸向, 且纖維含量高, 有很好的受力性能, 可直接作為受力構(gòu)件, 也可以與其它材料組合受力。但拉擠型材的橫向強度和剪切強度較低, 可在拉擠成型工藝中復合一定數(shù)量的氈或?qū)瓟D型材進行纖維纏繞, 對其力學性能進行改善。拉擠成型復合材料主要采用不飽和聚酯樹脂, 約占拉擠成型工藝樹脂用量的90% 以上, 另外還有環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、熱固性甲基丙酸樹脂、改性酚醛樹脂、阻燃性樹脂等。拉擠工藝用的增強材料主要是玻璃纖維及其制品, 如無捻粗紗、連續(xù)纖維氈等。為了滿足制品的特殊性能要求, 可以選用芳綸纖維、碳纖維及金屬纖維等。
　　拉擠成型復合材料制品主要有強度高、變形率低、熱變形溫度高、吸水率低、保溫隔熱系數(shù)低、耐腐蝕性強、環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點。

3　國外應用概況

　　拉擠成型復合材料橋梁的設計、建造在國外已有少量研究, 本文選取了較具代表性的希臘佩特雷大學開發(fā)的復合材料桁架橋和位于瑞士阿爾卑斯山的彭特雷西納橋進行介紹和分析, 前者為復合材料空間桁架結(jié)構(gòu), 而后者為復合材料平面桁架橋。
3.1　復合材料空間桁架橋
　　圖1為希臘佩特雷大學于2005年開發(fā)出的采用復合材料拉擠方管拼裝而成的輕便橋梁, 該橋跨度為11.6 m, 寬度為4.2 m, 高度為1.2 m( 見圖2) ,可滿足30 t 的車輛荷載要求, 而其自重僅為13.5 t ,其承載能力與其自重相比遠優(yōu)于傳統(tǒng)建筑材料。因為橋梁最大允許撓度(L/800, L為橋梁跨度) 決定了相應的剛度要求, 拉擠方管的幾何尺寸也相應確定, 該橋所選取的拉擠方管構(gòu)件截面尺寸為156mm×156 mm, 壁厚13 mm。


    該橋為復合材料拉擠成型管材和鋼節(jié)點組成的三維空間桁架結(jié)構(gòu)( 見圖3) 。主梁由若干奇數(shù)個大型“復合”長梁分上、下層縱向排列而成, 主梁間由一系列相同截面的拉擠方管構(gòu)件, 用塔尖形拼接節(jié)點(見圖4) 相互連接構(gòu)成橋梁骨架。節(jié)點之間, 由1組橫向放置的箱形構(gòu)件連接, 以提供附加剛度和橫向穩(wěn)定。桁架頂端, 包括正梯形和倒梯形2種拉擠的面板結(jié)構(gòu)( 見圖5) 以及橋的其余部分采用粘接及錨固措施連接, 每種連接方式都可獨立承受剪切荷載。