1　引　言

　　樹(shù)脂基玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料( FRP) 因?yàn)槠浔葟?qiáng)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(shè)計(jì)性和工藝性好, 在航天航空、汽車(chē)、船舶、化工、電子和建筑等行業(yè)中已有廣泛的應(yīng)用。從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始, 復(fù)合材料在橋梁工程中逐漸得到應(yīng)用。目前, 復(fù)合材料在橋梁工程中的應(yīng)用主要包括:①橋梁構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng);②橋梁構(gòu)件的替代應(yīng)用, 如橋面板;③新人行橋和公路橋梁的設(shè)計(jì)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(yīng)用, 在人行橋梁和橋面板應(yīng)用上, 材料自重輕、強(qiáng)度高、成型方便、耐腐蝕、抗疲勞等特性發(fā)揮了很大優(yōu)勢(shì)。第一座FRP人行橋在20世紀(jì)80年代投入使用, 而20世紀(jì)90 年代末期, 出現(xiàn)了最早的FRP橋面板。在近10 年中, 復(fù)合材料人行橋和輕型車(chē)輛橋的設(shè)計(jì)和建造上取得了很大進(jìn)展。
　　采用復(fù)合材料拉擠型材設(shè)計(jì)建造桁架結(jié)構(gòu)橋梁具有廣闊的應(yīng)用前景。該設(shè)計(jì)方法對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀的限制較小, 可以預(yù)先拉擠形成標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件, 對(duì)于運(yùn)輸需要考慮的長(zhǎng)度沒(méi)有限制, 同時(shí)因其現(xiàn)場(chǎng)組裝方便, 也適用于應(yīng)急搶修橋梁的建造。

2　拉擠型材復(fù)合材料概念

　　拉擠成型工藝是一種能夠經(jīng)濟(jì)的連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料的制造工藝。該工藝是將纖維束或纖維織物通過(guò)紡架連續(xù)喂入, 經(jīng)過(guò)樹(shù)脂膠槽將纖維浸漬, 再穿過(guò)熱成型模具后進(jìn)入拉引機(jī)構(gòu), 按此流程可制成連續(xù)的復(fù)合材料制品。拉擠工藝可生產(chǎn)出截面形狀復(fù)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(qiáng)度和剪切強(qiáng)度較低, 可在拉擠成型工藝中復(fù)合一定數(shù)量的氈或?qū)瓟D型材進(jìn)行纖維纏繞, 對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行改善。拉擠成型復(fù)合材料主要采用不飽和聚酯樹(shù)脂, 約占拉擠成型工藝樹(shù)脂用量的90% 以上, 另外還有環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、熱固性甲基丙酸樹(shù)脂、改性酚醛樹(shù)脂、阻燃性樹(shù)脂等。拉擠工藝用的增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維及其制品, 如無(wú)捻粗紗、連續(xù)纖維氈等。為了滿(mǎn)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(fù)合材料制品主要有強(qiáng)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(qiáng)、環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)。

3　國(guó)外應(yīng)用概況

　　拉擠成型復(fù)合材料橋梁的設(shè)計(jì)、建造在國(guó)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(xué)開(kāi)發(fā)的復(fù)合材料桁架橋和位于瑞士阿爾卑斯山的彭特雷西納橋進(jìn)行介紹和分析, 前者為復(fù)合材料空間桁架結(jié)構(gòu), 而后者為復(fù)合材料平面桁架橋。
3.1　復(fù)合材料空間桁架橋
　　圖1為希臘佩特雷大學(xué)于2005年開(kāi)發(fā)出的采用復(fù)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(jiàn)圖2) ,可滿(mǎn)足30 t 的車(chē)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(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)建筑材料。因?yàn)闃蛄鹤畲笤试S撓度(L/800, L為橋梁跨度) 決定了相應(yīng)的剛度要求, 拉擠方管的幾何尺寸也相應(yīng)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?yàn)閺?fù)合材料拉擠成型管材和鋼節(jié)點(diǎn)組成的三維空間桁架結(jié)構(gòu)( 見(jiàn)圖3) 。主梁由若干奇數(shù)個(gè)大型“復(fù)合”長(zhǎng)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(diǎn)(見(jiàn)圖4) 相互連接構(gòu)成橋梁骨架。節(jié)點(diǎn)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(jiàn)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(dú)立承受剪切荷載。