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摘要：复合材料在土木工程中的应用条件更加具有复杂性，土木工程行业正处于高速发展的阶段，虽然现代混凝土与钢材的大量应用有着很长的历史，但是其应用仍需要进一步加强与完善。纤维增强复合材料具有多样化的应用形式，其在未来必定会得到更加广泛的应用，发展前景十分广阔。本文就复合材料在土木工程中的发展应用进行探讨。
关键词：复合材料；土木工程；应用
复合材料，指的就是通过物理或者化学的方法，将两种或两种以上的不同性质材料在微观或宏观上组成具有新性能的材料，复合材料最大的优势就在于组成复合材料的各种材料能够在各自性能上实现取长补短，能够发挥出协同的作用，使得复合材料的综合性能远远比原组成材料的性能更加优异，进而复合材料也就能够满足更多不同的要求。
1、FRP的材料性能
FRP材料具有耐腐蚀性，在化工、能源、矿山、污水处理等行业的建筑物和构筑物中，以及船舶、汽车等交通工具中得到广泛的应用，在土木工程结构中使用FRP材料可以大大减少腐蚀破坏所带来的各种危害和损失。
FRP材料的主要优点如下：（1）比强度高和比模量大。这是FRP材料的最大优点。比强度和比模量是衡量结构材料承载能力的重要指标。使用FRP材料可减轻自重，承受更大的荷载，便于现场安装。（2）良好的耐腐蚀性。FRP材料耐腐蚀特性好，因而可在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中抵抗化学腐蚀，这是传统结构材料难以比拟的。因此，在土木工程中使用FRP材料可以大大减少腐蚀破坏所带来的各种危害和损失。（3）抗疲劳性能好。对于类似桥梁等长期承受动态交通荷载的结构而言，疲劳特性是一个关注的重点。在一定的荷载范围内，FRP材料的抗疲劳性能明显优于传统结构材料。（4）可设计性强。（5）弹性性能好。在发生较大变形后还能恢复原状，塑性变形很小，这对于承受较大动载的结构比较有利。（6）其它优势：如透电磁波、绝缘、隔热等，这使得FRP结构或FRP组合结构在一些特殊场合能够发挥出难以取代的作用。
2、复合材料在土木工程中的发展应用
2.1工程结构加固补强
复合材料在各方面的应用主要是利用各种方法将FRP附着在构件表面受力，这样就可以让原有构件的受力性能得到有效增强。在上个世纪八十年代的时候，我国就曾尝试在工程实践中运用混凝土结构外贴玻璃纤维增强复合材料内夹高强钢丝的加固方法，但是主要目的就是为了起到防腐作用，同时将钢丝和混凝土结合在一起，所以这种尝试并没有加以广泛推广。而在九十年代初，利用碳纤维增强复合材料对瑞士的多跨连续箱形梁桥进行了加固并获得成功后，使得纤维增强复合材料的加固结构修复技术得到大范围的研究，并也得到了快速发展，并大量应用于实际的工程中，同时也是不断地实践中验证了FRP加固技术在修复加固已被损坏的工程结构中所具有的优越性。目前，FRP已经在各类型结构加固中得到了成功运用，例如钢结构、混凝土结构等方面，并且其涉及领域不仅包括桥梁和建筑结构，还包括水工结构、地下结构以及隧道等。其主要加固形式包括FRP布缠绕加固混凝土柱、将FRP片材粘贴在梁、板手拉面以及利用FRP片材包裹或者U形箍包裹梁、柱构件。当前FRP在混凝土结构加固方面应用较多，同时在钢结构、木结构以及砌体结构加固方面也有较多的应用与研究，其中FRP在钢结构加固方面的运用正在成为FRP研究的重点。
2.2FRP筋在新建结构中代替钢筋
传统钢筋混凝土结构中配置非预应力和预应力钢筋，在处于恶劣环境條件时，如干湿交替、化学介质等作用下，极易引起钢筋的腐蚀，严重影响结构的耐久性和适用性，甚至导致结构承载能力的降低。相比之下，防腐性能好、粘结性能与钢筋相差不多且抗拉强度高的FRP筋成为代替钢筋的一个较好选择。20世纪80年代初开始，FRP筋逐渐大量应用于有特殊性能要求的结构物中代替钢筋，如有磁共振医疗设备的建筑及海堤、工业厂房屋面板等受严重化学侵蚀的结构物中。FRP筋的另一个应用对象是岩土工程，目前已用于因潮汐变化等干湿交替的挡土墙、地基锚杆及地铁沉井等工程中。
2.3FRP组合结构
（1）FRP管混凝土分析。将混凝土填至缠绕成型的FRP管仲，形成混合构件，这种方式比较合理，除了发挥对混凝土约束的作用外，还可以发挥模板的作用，加快施工，提高较高的耐久性。对于FRP管混凝土的研究比较多，深入开展对组合结构的受力等方面的探索。（2）FRP-钢管-混凝土组合构件的分析。在构件的中间部分设置空心的钢管，外面包FRP，之间添加混凝土，在具体施工进行中，钢管发挥的承力的作用，FRP充当模板，钢管受到了保护，防止锈蚀的发生，变形几率降低，自重降低。（3）FRP-混凝土组合梁分析。FRP-混凝土组合梁分析主要是借助组合方式关键，促使上部混凝土受压，下部受拉。在组合件的作用下，材料的利用率提高，将其作为长久使用的模板，有利于施工的顺利开展。（4）CFRP-铝合金组合构件的分析。CFRP-铝合金组合构件是将FRP在铝合金的外面进行包裹，以实际设计为依据，最大地发挥二者的优势，如高强、耐腐蚀等，防止脆性的发生，这种方式比较适合在大跨度的结构中使用。（5）FRP-木组合构件。FRP在纤维构造方面与木材具有相似的构成，具有受力方面的特性，抗火能力不强，在实现组合之后，FRP能够发挥增强的作用，木材发挥内部填充的功能，在力学方面达到性能最强。这种组合方式操作简单，技术成熟，有利于降低工程造价支出。
2.4全FRP结构
复合材料在力学上具有较高的比模量和比强度，具备其他材料所不具备的特性和功能。在民用工程中，该结构大多应用于桥梁工程建设中。在土木工程中的应用分析如下：
（1）轻质桥梁。结构的应用可降低桥梁的上部重量，并具备一定的观赏价值。轻质桥梁与普通的桥梁相比受力特点存在较大差异。虽然此类桥梁的承载力高，但其刚度较小，故设计重点为变形控制。其次，在设计的过程中，为满足人们对于舒适度的要求，震动特性设计也是较为关键的内容，但目前该方面的研究相对较少。（2）桥面体系。直接使用复合FRP作为桥梁的主面板，可减轻其下部结构内应力、降低维护费用、提升抵御恶劣环境的性能、延长使用寿命等优势。在旧桥翻新工程中，复合FRP也得到了较为广泛的应用，可将原有被破坏的柱梁围护起来，避免环境以及气候因素对其产生影响，美化外表。（3）应急桥。桥梁的建设主要是为了应对自然灾害，如火灾、水灾、地震、飓风等等。以上几种突发灾害的出现对于桥梁的标准性、适应性以及机动性都提出了更高的要求，而复合材料所制成的应急桥具有抗腐蚀、预制化、轻量化等优势，尤为适合。该桥梁在国外很多国家的军事领域也获得了十分广泛的应用。
3、FRP 在土木工程中的应用展望
（1）加强对 FRP 预应力加固法的研究，解决FRP 加固构件的过早粘结破坏问题，充分发挥FRP 的高强性能。（2）FRP 复合材料施工质量问题控制。 FRP 与混凝土共同组成组合结构，保证 FRP 和混凝土间的粘结和共同工作非常重要。为了保证设计和施工目的实现，必须制定相应的验收标准，如何根据 FRP 约束混凝土的特点，提供既合理，又便于实际操作的核心混凝土质量控制和检测办法非常重要。（3）自诊断智能纤维的开发。 通过优化 FRP 复合材料，并利用结构材料中不同阶段的纤维材料的断裂特性和不同的导电性能，配置先进的自感和测量系统，开发自诊断智能纤维及智能结构具有重要意义。（4）建立我国有关 FRP 材料的检测评价系统，为保证工程应用提供科学依据。（5）进一步对FRP加固技术做深入系统地研究，以使FRP加固技术规范化，并得到进一步推广应用。（6）从环境条件和可持续发展出发，要求废旧结构材料能回收并再生利用。
4、结束语
综上所述，面对新的工程技术不断的改革与创新，新型施工材料得到了有效的开发与利用，尤其是复合材料在土木工程建设中应用的越来越广泛，这也将成为未来土木工程行业发展新的趋势所在。
参考文献 ：
[1]FRP加固钢结构的研究现状和展望[J].吴永河，李胜强，于成龙.浙江建筑.2013（05）.
[2]浅谈FRP材料在土木工程加固领域中的应用[J].彭明雪.科教导刊（上旬刊）.2013（04）.
[3]纤维增强复合材料（FRP）在砌体结构加固中的应用与研究进展[J].孙永梅，刘永军，孟宪宏.玻璃钢/复合材料.2012（01）.
[4]土木工程建设中的节能问题分析[J]. 于礼昂.建材与装饰.2017（02）.
[5]土木工程建设管理与强化方式研究[J]. 张宏.绿色环保建材.2017（03）.
（作者单位：河南长城铁路工程建设咨询有限公司）
关键词：复合材料；土木工程；应用
复合材料，指的就是通过物理或者化学的方法，将两种或两种以上的不同性质材料在微观或宏观上组成具有新性能的材料，复合材料最大的优势就在于组成复合材料的各种材料能够在各自性能上实现取长补短，能够发挥出协同的作用，使得复合材料的综合性能远远比原组成材料的性能更加优异，进而复合材料也就能够满足更多不同的要求。
1、FRP的材料性能
FRP材料具有耐腐蚀性，在化工、能源、矿山、污水处理等行业的建筑物和构筑物中，以及船舶、汽车等交通工具中得到广泛的应用，在土木工程结构中使用FRP材料可以大大减少腐蚀破坏所带来的各种危害和损失。
FRP材料的主要优点如下：（1）比强度高和比模量大。这是FRP材料的最大优点。比强度和比模量是衡量结构材料承载能力的重要指标。使用FRP材料可减轻自重，承受更大的荷载，便于现场安装。（2）良好的耐腐蚀性。FRP材料耐腐蚀特性好，因而可在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中抵抗化学腐蚀，这是传统结构材料难以比拟的。因此，在土木工程中使用FRP材料可以大大减少腐蚀破坏所带来的各种危害和损失。（3）抗疲劳性能好。对于类似桥梁等长期承受动态交通荷载的结构而言，疲劳特性是一个关注的重点。在一定的荷载范围内，FRP材料的抗疲劳性能明显优于传统结构材料。（4）可设计性强。（5）弹性性能好。在发生较大变形后还能恢复原状，塑性变形很小，这对于承受较大动载的结构比较有利。（6）其它优势：如透电磁波、绝缘、隔热等，这使得FRP结构或FRP组合结构在一些特殊场合能够发挥出难以取代的作用。
2、复合材料在土木工程中的发展应用
2.1工程结构加固补强
复合材料在各方面的应用主要是利用各种方法将FRP附着在构件表面受力，这样就可以让原有构件的受力性能得到有效增强。在上个世纪八十年代的时候，我国就曾尝试在工程实践中运用混凝土结构外贴玻璃纤维增强复合材料内夹高强钢丝的加固方法，但是主要目的就是为了起到防腐作用，同时将钢丝和混凝土结合在一起，所以这种尝试并没有加以广泛推广。而在九十年代初，利用碳纤维增强复合材料对瑞士的多跨连续箱形梁桥进行了加固并获得成功后，使得纤维增强复合材料的加固结构修复技术得到大范围的研究，并也得到了快速发展，并大量应用于实际的工程中，同时也是不断地实践中验证了FRP加固技术在修复加固已被损坏的工程结构中所具有的优越性。目前，FRP已经在各类型结构加固中得到了成功运用，例如钢结构、混凝土结构等方面，并且其涉及领域不仅包括桥梁和建筑结构，还包括水工结构、地下结构以及隧道等。其主要加固形式包括FRP布缠绕加固混凝土柱、将FRP片材粘贴在梁、板手拉面以及利用FRP片材包裹或者U形箍包裹梁、柱构件。当前FRP在混凝土结构加固方面应用较多，同时在钢结构、木结构以及砌体结构加固方面也有较多的应用与研究，其中FRP在钢结构加固方面的运用正在成为FRP研究的重点。
2.2FRP筋在新建结构中代替钢筋
传统钢筋混凝土结构中配置非预应力和预应力钢筋，在处于恶劣环境條件时，如干湿交替、化学介质等作用下，极易引起钢筋的腐蚀，严重影响结构的耐久性和适用性，甚至导致结构承载能力的降低。相比之下，防腐性能好、粘结性能与钢筋相差不多且抗拉强度高的FRP筋成为代替钢筋的一个较好选择。20世纪80年代初开始，FRP筋逐渐大量应用于有特殊性能要求的结构物中代替钢筋，如有磁共振医疗设备的建筑及海堤、工业厂房屋面板等受严重化学侵蚀的结构物中。FRP筋的另一个应用对象是岩土工程，目前已用于因潮汐变化等干湿交替的挡土墙、地基锚杆及地铁沉井等工程中。
2.3FRP组合结构
（1）FRP管混凝土分析。将混凝土填至缠绕成型的FRP管仲，形成混合构件，这种方式比较合理，除了发挥对混凝土约束的作用外，还可以发挥模板的作用，加快施工，提高较高的耐久性。对于FRP管混凝土的研究比较多，深入开展对组合结构的受力等方面的探索。（2）FRP-钢管-混凝土组合构件的分析。在构件的中间部分设置空心的钢管，外面包FRP，之间添加混凝土，在具体施工进行中，钢管发挥的承力的作用，FRP充当模板，钢管受到了保护，防止锈蚀的发生，变形几率降低，自重降低。（3）FRP-混凝土组合梁分析。FRP-混凝土组合梁分析主要是借助组合方式关键，促使上部混凝土受压，下部受拉。在组合件的作用下，材料的利用率提高，将其作为长久使用的模板，有利于施工的顺利开展。（4）CFRP-铝合金组合构件的分析。CFRP-铝合金组合构件是将FRP在铝合金的外面进行包裹，以实际设计为依据，最大地发挥二者的优势，如高强、耐腐蚀等，防止脆性的发生，这种方式比较适合在大跨度的结构中使用。（5）FRP-木组合构件。FRP在纤维构造方面与木材具有相似的构成，具有受力方面的特性，抗火能力不强，在实现组合之后，FRP能够发挥增强的作用，木材发挥内部填充的功能，在力学方面达到性能最强。这种组合方式操作简单，技术成熟，有利于降低工程造价支出。
2.4全FRP结构
复合材料在力学上具有较高的比模量和比强度，具备其他材料所不具备的特性和功能。在民用工程中，该结构大多应用于桥梁工程建设中。在土木工程中的应用分析如下：
（1）轻质桥梁。结构的应用可降低桥梁的上部重量，并具备一定的观赏价值。轻质桥梁与普通的桥梁相比受力特点存在较大差异。虽然此类桥梁的承载力高，但其刚度较小，故设计重点为变形控制。其次，在设计的过程中，为满足人们对于舒适度的要求，震动特性设计也是较为关键的内容，但目前该方面的研究相对较少。（2）桥面体系。直接使用复合FRP作为桥梁的主面板，可减轻其下部结构内应力、降低维护费用、提升抵御恶劣环境的性能、延长使用寿命等优势。在旧桥翻新工程中，复合FRP也得到了较为广泛的应用，可将原有被破坏的柱梁围护起来，避免环境以及气候因素对其产生影响，美化外表。（3）应急桥。桥梁的建设主要是为了应对自然灾害，如火灾、水灾、地震、飓风等等。以上几种突发灾害的出现对于桥梁的标准性、适应性以及机动性都提出了更高的要求，而复合材料所制成的应急桥具有抗腐蚀、预制化、轻量化等优势，尤为适合。该桥梁在国外很多国家的军事领域也获得了十分广泛的应用。
3、FRP 在土木工程中的应用展望
（1）加强对 FRP 预应力加固法的研究，解决FRP 加固构件的过早粘结破坏问题，充分发挥FRP 的高强性能。（2）FRP 复合材料施工质量问题控制。 FRP 与混凝土共同组成组合结构，保证 FRP 和混凝土间的粘结和共同工作非常重要。为了保证设计和施工目的实现，必须制定相应的验收标准，如何根据 FRP 约束混凝土的特点，提供既合理，又便于实际操作的核心混凝土质量控制和检测办法非常重要。（3）自诊断智能纤维的开发。 通过优化 FRP 复合材料，并利用结构材料中不同阶段的纤维材料的断裂特性和不同的导电性能，配置先进的自感和测量系统，开发自诊断智能纤维及智能结构具有重要意义。（4）建立我国有关 FRP 材料的检测评价系统，为保证工程应用提供科学依据。（5）进一步对FRP加固技术做深入系统地研究，以使FRP加固技术规范化，并得到进一步推广应用。（6）从环境条件和可持续发展出发，要求废旧结构材料能回收并再生利用。
4、结束语
综上所述，面对新的工程技术不断的改革与创新，新型施工材料得到了有效的开发与利用，尤其是复合材料在土木工程建设中应用的越来越广泛，这也将成为未来土木工程行业发展新的趋势所在。
参考文献 ：
[1]FRP加固钢结构的研究现状和展望[J].吴永河，李胜强，于成龙.浙江建筑.2013（05）.
[2]浅谈FRP材料在土木工程加固领域中的应用[J].彭明雪.科教导刊（上旬刊）.2013（04）.
[3]纤维增强复合材料（FRP）在砌体结构加固中的应用与研究进展[J].孙永梅，刘永军，孟宪宏.玻璃钢/复合材料.2012（01）.
[4]土木工程建设中的节能问题分析[J]. 于礼昂.建材与装饰.2017（02）.
[5]土木工程建设管理与强化方式研究[J]. 张宏.绿色环保建材.2017（03）.
（作者单位：河南长城铁路工程建设咨询有限公司）