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[摘 要]FRP筋具有轻质、高强、耐腐蚀、低松弛、便于加工等优良特性，是普通钢筋的良好替代品，本文在对目前研究成果进行分析的基础上，主要介绍了国内外有关FRP 筋的最新研究进展。
[关键词] FRP 筋; 预应力; 混凝土
中图分类号：TU37文献标识码： A
1.前言
钢筋混凝土结构的适用至今已有一个多世纪，并成为当今土木工程中应用最广泛的结构材料之一。但在钢筋混凝土结构使用过程中，由于钢筋的锈蚀对结构耐久性的影响十分严重，造成了巨大的经济损失和资源浪费。因此，找到一种不腐蚀或者腐蚀缓慢的材料来代替钢筋就成为未来混泥土结构发展的重要趋势之一。
为此，国内外的许多学者在经过大量的科学实验及工程实践研究后普遍认为：通过利用高性能纤维增强复合材料（FRP）来取代普通钢筋或预应力钢筋，能够从根本上解决钢筋的锈蚀问题，并且此种方法可行性高，应用前景非常广泛，随即大力开展对FRP材料的力学特性、加工工艺和结构性能研究，并在实验研究和工程应用等方面均取得了丰硕的成果。
2.FRP筋概述
FRP（fiber reinforced plastics，简称FRP）筋是由多股连续的纤维材料通过基材树脂浸渍后，再采用特定加工工艺复合而成的高强度线弹性材料。目前，混凝土结构中常用的三种FRP筋是：玻璃纤维(GFRP)筋、 碳纤维CFRP)筋和芳纶纤维(AFRP)筋。
为了提高筋材与混凝土的粘结性能，经常对拉挤筋材进行表面加工处理，将FRP筋的表面加工成螺纹状、粘砂状或压痕状等。混凝土结构常见的受力筋主要有棒筋、棒筋束、绞线、带筋、片筋或板筋、网格筋等形式。FRP筋与普通钢筋相比具有以下优点：抗拉强度高； 密度小；耐腐蚀性能好；抗疲劳性能优良；电磁绝缘性好。
3.FRP筋混凝土结构国内外研究与应用现状
FRP筋具有轻质、高强、耐腐蚀、低松弛、便于加工等优良特性，是普通钢筋的良好替代品，应用于预应力结构中优势更为明显，还可作为结构体外加固与修复的重要材料。国外对FRP筋的研究较早，并且取得了丰硕的成果，许多研究成果已经在实际结构工程中得到应用。国内对FRP的研究还不太成熟，研究性试验也不是很多，但随着FRP筋的优越性受到越来越多的重视，我国对FRP筋在混凝土结构和预应力混凝土结构中的应用研究正在大量进行。
3.1国外研究与应用现状
目前，国外许多研究机构针对FRP筋相继推出了一系列的规范和FRP筋在工程实际中的设计规范，如在FRP研究上最具开创性的日本提出的《FRP筋加固混凝土结构设计指南》，是目前FRP筋结构设计最权威和最早的规范。FRP筋应用在预应力结构中的工程较多，例如20世纪80年代日本的新宫桥，就是将先张法预应力技术成功地与碳纤维增强料绞线结合的典型案例；同一时期，日本应用CFRP绞线结合先张法预应力施工技术建造了过街天桥，同时，CFRP筋结合后张法预应力技术应用于简支桥梁的设计也在不断推广；90年代初，AFRP筋结合先张法预应力技术应用于多跨混凝土板式桥之中，还将AFRP筋作为预应力筋成功的应用于工厂进货通道上；1991年，德国引进了日本的CFRP筋预应力技术，并结合后张法施工技术应用于混凝土高速公路之上。
FRP筋作为结构的预应力筋具有优良的力学性能，这对结构是十分有利的，但FRP筋无塑性的性质决定了这样的结构具有脆性破坏的特点。为了避免预应力FRP筋混凝土梁发生脆性破坏，一些学者针对其设计方法进行了相关研究。例如，美国学者Mohamed Saafi Housasm Toutanji对无粘结AFRP预应力筋梁、有粘結AFRP预应力筋梁、无粘结AFRP预应力筋与有粘结AFRP预应力筋混合使用的梁进行了试验研究，研究结果表明：无粘结预应力筋与有粘结预应力筋混合使用的梁，其承载力比无粘结预应力筋梁高，延性也比无粘结预应力筋梁好，裂缝分布及间距相比无粘结预应力筋梁差别不大。
Lees 和Burgoyne从粘结性能方面对预应力FRP进行了试验研究，他们做了一批预应力AFRP筋混凝土梁，分别采用预应力筋完全粘结、无粘结和部分粘结（外包粘结树脂粘结与间断粘结）进行抗弯性能的试验研究。试验结果证明，部分粘结的预应力FRP筋可以有效地改善混凝土梁的弯曲性能。由于受试验构件数量的限制，有关部分粘结的长度和位置分布问题，以及这类预应力混凝土梁的受剪性能和长期性能未能得到很好解决，需要进一步研究。
由于FRP筋极限应变较小，且具有良好的耐腐蚀性能，许多学者都考虑可以将FRP布置在结构体外。Kiang-Hwee Tan从锚固端的位置研究着手，分别考虑了FRP筋布置在梁端和跨中两种工况。试验结果表明：当预应力筋锚固位置距离梁端适当时，其极限承载力、裂缝分布和宽度和变形能力与预应力筋在梁端锚固的情况相比均没有发生太大变化，这说明此种方法不会降低预期的加固效果。Robert A,Tjandra and Kiang-Hwee Tan又进行了在连续梁中布置体外FRP筋的研究工作。试验结果表明：在支座负弯矩区域增加体外CFRP预应力筋能够更好的提高混凝土梁的受弯性能，CFRP预应力筋布置在跨中时，能有效地抑制裂缝发展，减小混凝土梁的挠曲变形。
3.2国内研究与应用现状
与国外相比，国内关于FRP筋及FRP筋混凝土结构所展开的研究不但起步较晚，而且研究范围相对较窄。但近年来许多学者和研究机构已经开始对FRP筋进行更为深入研究。
1995年同济大学薛伟辰教授与河海大学合作，在国内第一次开展了对GFRP筋的研究工作；1997年，薛伟辰教授完成了国内首个新型螺纹FRP筋混凝土结构的试验研究，其研究的主要内容有：1) 首次开发光圆 FRP筋和螺纹FRP筋；2) 提出了FRP筋名义屈服强度的定义；3) 研究了FRP筋的粘结锚固性能；4) 进行了普通FRP筋混凝土梁、无粘结预应力 FRP 筋混凝土梁以及有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验研究，对于上述实验所得出的成果极大地推动了我国关于FRP筋混凝土结构理论研究 ，该课题组于2003年完成了有关FRP预应力筋疲劳性能的研究，2004年又进行了普通FRP筋混凝土梁和FRP珊格筋混凝土板的试验。
郑州大学的高丹盈等通过简化混凝土受拉和受压区的应力－应变关系曲线，建立了CFRP筋混凝土梁弯矩曲率的计算模式，提出了CFRP筋混凝土梁简化公式及挠度计算公式。大连大学的吴寅等人通过对FRP筋混凝土进行强度试验和CFRP棒材混凝土梁的静载试验，重点探讨了CFRP筋与混凝土之间的粘结性能，以及混凝土梁的裂缝发展和挠曲变形情况。东南大学的吕志涛、吴刚等通过一系列的试验研究，对CFRP筋混凝土梁的受弯破坏机理、极限承载力、短期刚度等进行了详细的研究与分析，并提出相应的设计方法与建议，以便在实际工程中可加以参考。
4.结语
预应力FRP筋混凝土结构具有抗拉强度高、徐变松弛性能和抗疲劳性能好等优良力学性能,以及抗腐蚀性和低弹性模量。在传统预应力钢筋混凝土结构材料面临更多挑战的新时期，预应力FRP筋混凝土结构将得到更为广泛的应用, 尤其是在具有腐蚀介质的环境中。
参考文献
[1] 王茂龙，朱浮声，金延.纤维塑料筋(FRP筋)在混凝土结构中的应用[B].混凝土，2005
[2] 叶列平，冯 鹏. FRP 在工程结构中的应用与发展[A].土木工程学报，2006
[关键词] FRP 筋; 预应力; 混凝土
中图分类号：TU37文献标识码： A
1.前言
钢筋混凝土结构的适用至今已有一个多世纪，并成为当今土木工程中应用最广泛的结构材料之一。但在钢筋混凝土结构使用过程中，由于钢筋的锈蚀对结构耐久性的影响十分严重，造成了巨大的经济损失和资源浪费。因此，找到一种不腐蚀或者腐蚀缓慢的材料来代替钢筋就成为未来混泥土结构发展的重要趋势之一。
为此，国内外的许多学者在经过大量的科学实验及工程实践研究后普遍认为：通过利用高性能纤维增强复合材料（FRP）来取代普通钢筋或预应力钢筋，能够从根本上解决钢筋的锈蚀问题，并且此种方法可行性高，应用前景非常广泛，随即大力开展对FRP材料的力学特性、加工工艺和结构性能研究，并在实验研究和工程应用等方面均取得了丰硕的成果。
2.FRP筋概述
FRP（fiber reinforced plastics，简称FRP）筋是由多股连续的纤维材料通过基材树脂浸渍后，再采用特定加工工艺复合而成的高强度线弹性材料。目前，混凝土结构中常用的三种FRP筋是：玻璃纤维(GFRP)筋、 碳纤维CFRP)筋和芳纶纤维(AFRP)筋。
为了提高筋材与混凝土的粘结性能，经常对拉挤筋材进行表面加工处理，将FRP筋的表面加工成螺纹状、粘砂状或压痕状等。混凝土结构常见的受力筋主要有棒筋、棒筋束、绞线、带筋、片筋或板筋、网格筋等形式。FRP筋与普通钢筋相比具有以下优点：抗拉强度高； 密度小；耐腐蚀性能好；抗疲劳性能优良；电磁绝缘性好。
3.FRP筋混凝土结构国内外研究与应用现状
FRP筋具有轻质、高强、耐腐蚀、低松弛、便于加工等优良特性，是普通钢筋的良好替代品，应用于预应力结构中优势更为明显，还可作为结构体外加固与修复的重要材料。国外对FRP筋的研究较早，并且取得了丰硕的成果，许多研究成果已经在实际结构工程中得到应用。国内对FRP的研究还不太成熟，研究性试验也不是很多，但随着FRP筋的优越性受到越来越多的重视，我国对FRP筋在混凝土结构和预应力混凝土结构中的应用研究正在大量进行。
3.1国外研究与应用现状
目前，国外许多研究机构针对FRP筋相继推出了一系列的规范和FRP筋在工程实际中的设计规范，如在FRP研究上最具开创性的日本提出的《FRP筋加固混凝土结构设计指南》，是目前FRP筋结构设计最权威和最早的规范。FRP筋应用在预应力结构中的工程较多，例如20世纪80年代日本的新宫桥，就是将先张法预应力技术成功地与碳纤维增强料绞线结合的典型案例；同一时期，日本应用CFRP绞线结合先张法预应力施工技术建造了过街天桥，同时，CFRP筋结合后张法预应力技术应用于简支桥梁的设计也在不断推广；90年代初，AFRP筋结合先张法预应力技术应用于多跨混凝土板式桥之中，还将AFRP筋作为预应力筋成功的应用于工厂进货通道上；1991年，德国引进了日本的CFRP筋预应力技术，并结合后张法施工技术应用于混凝土高速公路之上。
FRP筋作为结构的预应力筋具有优良的力学性能，这对结构是十分有利的，但FRP筋无塑性的性质决定了这样的结构具有脆性破坏的特点。为了避免预应力FRP筋混凝土梁发生脆性破坏，一些学者针对其设计方法进行了相关研究。例如，美国学者Mohamed Saafi Housasm Toutanji对无粘结AFRP预应力筋梁、有粘結AFRP预应力筋梁、无粘结AFRP预应力筋与有粘结AFRP预应力筋混合使用的梁进行了试验研究，研究结果表明：无粘结预应力筋与有粘结预应力筋混合使用的梁，其承载力比无粘结预应力筋梁高，延性也比无粘结预应力筋梁好，裂缝分布及间距相比无粘结预应力筋梁差别不大。
Lees 和Burgoyne从粘结性能方面对预应力FRP进行了试验研究，他们做了一批预应力AFRP筋混凝土梁，分别采用预应力筋完全粘结、无粘结和部分粘结（外包粘结树脂粘结与间断粘结）进行抗弯性能的试验研究。试验结果证明，部分粘结的预应力FRP筋可以有效地改善混凝土梁的弯曲性能。由于受试验构件数量的限制，有关部分粘结的长度和位置分布问题，以及这类预应力混凝土梁的受剪性能和长期性能未能得到很好解决，需要进一步研究。
由于FRP筋极限应变较小，且具有良好的耐腐蚀性能，许多学者都考虑可以将FRP布置在结构体外。Kiang-Hwee Tan从锚固端的位置研究着手，分别考虑了FRP筋布置在梁端和跨中两种工况。试验结果表明：当预应力筋锚固位置距离梁端适当时，其极限承载力、裂缝分布和宽度和变形能力与预应力筋在梁端锚固的情况相比均没有发生太大变化，这说明此种方法不会降低预期的加固效果。Robert A,Tjandra and Kiang-Hwee Tan又进行了在连续梁中布置体外FRP筋的研究工作。试验结果表明：在支座负弯矩区域增加体外CFRP预应力筋能够更好的提高混凝土梁的受弯性能，CFRP预应力筋布置在跨中时，能有效地抑制裂缝发展，减小混凝土梁的挠曲变形。
3.2国内研究与应用现状
与国外相比，国内关于FRP筋及FRP筋混凝土结构所展开的研究不但起步较晚，而且研究范围相对较窄。但近年来许多学者和研究机构已经开始对FRP筋进行更为深入研究。
1995年同济大学薛伟辰教授与河海大学合作，在国内第一次开展了对GFRP筋的研究工作；1997年，薛伟辰教授完成了国内首个新型螺纹FRP筋混凝土结构的试验研究，其研究的主要内容有：1) 首次开发光圆 FRP筋和螺纹FRP筋；2) 提出了FRP筋名义屈服强度的定义；3) 研究了FRP筋的粘结锚固性能；4) 进行了普通FRP筋混凝土梁、无粘结预应力 FRP 筋混凝土梁以及有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验研究，对于上述实验所得出的成果极大地推动了我国关于FRP筋混凝土结构理论研究 ，该课题组于2003年完成了有关FRP预应力筋疲劳性能的研究，2004年又进行了普通FRP筋混凝土梁和FRP珊格筋混凝土板的试验。
郑州大学的高丹盈等通过简化混凝土受拉和受压区的应力－应变关系曲线，建立了CFRP筋混凝土梁弯矩曲率的计算模式，提出了CFRP筋混凝土梁简化公式及挠度计算公式。大连大学的吴寅等人通过对FRP筋混凝土进行强度试验和CFRP棒材混凝土梁的静载试验，重点探讨了CFRP筋与混凝土之间的粘结性能，以及混凝土梁的裂缝发展和挠曲变形情况。东南大学的吕志涛、吴刚等通过一系列的试验研究，对CFRP筋混凝土梁的受弯破坏机理、极限承载力、短期刚度等进行了详细的研究与分析，并提出相应的设计方法与建议，以便在实际工程中可加以参考。
4.结语
预应力FRP筋混凝土结构具有抗拉强度高、徐变松弛性能和抗疲劳性能好等优良力学性能,以及抗腐蚀性和低弹性模量。在传统预应力钢筋混凝土结构材料面临更多挑战的新时期，预应力FRP筋混凝土结构将得到更为广泛的应用, 尤其是在具有腐蚀介质的环境中。
参考文献
[1] 王茂龙，朱浮声，金延.纤维塑料筋(FRP筋)在混凝土结构中的应用[B].混凝土，2005
[2] 叶列平，冯 鹏. FRP 在工程结构中的应用与发展[A].土木工程学报，2006