摘要：在经济社会快速发展的背景下，土木工程行业也开始迈入了一个新的发展阶段。为了更好地促进土木工程的发展，本文针对FRP材料的概念及其特点作出了分析和探讨，并且对FRP材料目前在土木工程中的运用做出了研究，保证其得到科学合理的运用，如此不但可以提高土木工程建设效率和质量，解决传统工程建设中存在的一些不足之处，同时有助于推动土木工程不断向好发展，这对我国社会以及经济的长远发展都有着极为重要的价值和意义。
关键词：土木工程；行业发展；FRP材料
在各种新技术以及新材料的强力支撑下，我国土木工程建设水平近几年得到了大幅度提高，而在众多技术以及材料当中，FRP属于一个典型代表，其在推动土木工程建设效率和质量不断提高方面发挥出了重要作用，目前来看，其具备着非常高的应用价值以及广阔的发展前景。由于FRP材料具备较为良好的高强度、高刚性、高抗腐蚀性以及密度低等特性，所以逐渐成为我国航天航空、建筑行业以及海洋运输等多个领域当中较为广泛应用的材料，对其在土木工程中的合理运用做出研究，有助于推动我国土木工程行业不断向好发展。
1FRP材料简述
1.1概念分析
对于FRP材料而言，又可以称之为“纤维增强复合材料”，按照定义来看，主要指的是由两种或者是两种以上不同物质通过科学合理的材料设计以及人工合成等得到的具备一些新的优越性能的一种多相固体材料，一般情况下，能够将结构用复合材料的基本组成成分有效划分为两大内容，即基体材料以及增强材料。通俗来讲，FRP材料指的便是一种经由高强度的玻璃纤维以及树脂基体有效复合而成的具备良好功能性以及结构性的新型复合材料［1］。这种材料最早诞生于20世纪30年代的美国，进入到40年代后开始广泛应用到军事领域，例如：海军以及空军武器装备等方面，进入到50年代之后，此种材料开始在全球范围内广泛应用，并且得到了快速的发展。由于部分FRP制品拥有着类似玻璃的观感以及钢的力学性能，所以在国内也将这些制品称作是“玻璃钢”，在其组成成分当中，玻璃纤维负责提供材料的强度以及刚性，而相应的树脂基体则负责提供材料的耐化学性以及韧性等。
1.2特点分析
FRP材料具备的特点大体上可以分为以下几点：一，比强度高以及比模量大；二，材料具备良好的可设计性；三，抗腐蚀性以及耐久性能优越；四是热膨胀系数大体上与混凝土相近等。由于这些特点的存在，使得FRP材料可以充分满足现代结构不断向着大跨、轻质高强、高耸以及重载等方向发展的现实需求，也可以切实满足现代建筑施工工业化发展的现实需求，所以FRP材料开始广泛应用于土木工程项目当中，并且取得了令人满意的应用效果。
2FRP材料在土木工程当中具备的优势分析
2.1FRP材料的可设计性优势
在将FRP材料当做一种结构材料进行应用的过程中，因为FRP材料属于基体材料以及增强材料等各种组分材料的一种物理组合材料，所以性能方面不但能够有效保持原组分材料的部分特点，同时还可以发挥出组合之后的一些新特性，并且能够结合结构实际需求开展设计工作，从而可以满足单一材料难以达到的某些性能要求。
2.2FRP材料的比强度以及比刚度优势
部分FRP材料，例如，碳纤维T300以及环氧5208等材料实际比强度能够达到铝材的6.3倍以及钢的5倍，其实际比刚度能够达到铝材的4.16倍，所以在土木工程当中合理应用FRP材料可以有效缩短工期，并且能够降低工程建设的复杂性。2.3FRP材料的抗疲劳优势对于一般的金属来讲，其疲劳强度大约为拉伸强度的45％左右，而对于FRP材料而言，疲劳强度能够达到自身拉伸强度的75％左右。
2.4FRP材料的抗化学反应优势
以及抗化学腐蚀优势土木工程当中采用的传统建材，例如，钢筋等材料一般不耐腐蚀，特别是一些近海工程当中，这些材料比较容易与项目周围的空气、污水或者是海水当中的一系列化学物质产生化学反应，从而容易导致土木工程出现一定的质量问题，甚至无法发挥应有价值和作用导致其出现一些重大损失。而对于FRP材料来讲，大多数材料都属于较为优良的一种电绝缘材料，借助这些材料制作的设备或者是构件等通常都可以拥有非常好的耐酸、碱以及盐等一系列化学介质的侵蚀能力。
2.5FRP材料的抗震优势
与传统建材相比，FRP材料的自振频率非常高，一般不会出现共振问题，同时在相同加载速度以及频率下，通常不会出现由于共振而引发的快速脆断问题。除此之外，由于FRP材料存在大量的界面，所以其震动阻尼性也非常强，如果激起震动，也能够很快衰减。
2.6FRP材料的过载安全优势
FRP材料存在着大量独立的纤维，所以过载时FRP材料当中即便出现了少量纤维断裂，其中的载荷也可以快速地重新分配到一些其他未被损坏的纤维当中，这样可以避免由于土木工程中相应构件在瞬间失去承载能力而引发的断裂问题出现。
2.7FRP材料美学优势
FRP材料组内当中具备的材料纤维一般都是柔软的，而且树脂是能够进行流动的，所以其产品的形状通常都不会受限，并且能够任意着色，这样可以达到结构型式以及材料美学之间的高度统一。2.8FRP材料的智能化优势通过在土木工程当中合理应用智能纤维材料，还能够促使建筑结构有效获取到一定的智能性。比如，美国曾经有建筑设计师在建筑当中借助智能复合材料打造出了梁，通过热电控制技术，这种梁能够像人体的肌肉纤维一般出现形状以及张力方面的变化，这样便可以结合建筑物实际受到的震动情况合理有效改变梁固有的刚性以及固有振动频率，从而达到减小振幅的目的，可以促使框架结构的实际使用寿命得到有效延长，并且可以实现建筑物结构噪声以及振动方面的主动控制。
3FRP材料在土木工程中的运用研究
3.1在加固工程中的运用
对于FRP材料而言，主要以纤维材料混合为主，因此，在材料强度等方面具备明显的优势［2］。这也使得FRP材料目前被土木工程行业广泛用于加固工程，其可以显著提高土木工程的建设质量以及安全性。依照类型来分，FRP材料主要应用在土木工程当中的混凝土材料、钢架结构以及土石结构等。其中混凝土材料，目前在土木工程建设施工当中应用较为广泛，因此在混凝土材料当中有必要做好FRP材料的应用工作，以此来达到加固的目的。借助在混凝土材料外层开展FRP材料的缠绕工作，可以进一步提升材料的稳定性，并且能够满足变形、压力以及地震等多个方面的要求，使得混凝土材料结构具备良好的承载力。除此之外，在具体施工当中，还能够将FRP材料有效应用到梁以及板等位置，这样可以提升混凝土结构的抗弯曲能力，有效避免由于外力作用而导致的裂缝问题等。另外，由于FRP复合材料具备着较强的抗腐蚀性，所以可以将其运用到钢筋工程当中，从而实现对钢筋材料的进一步保护，增强其抗腐蚀性，这样可以避免后期产生质量问题或者是成本增加等相关问题。其具体加固领域如下。一，梁体加固。借助环氧树脂在一些待加固的相应梁的外部开展钢板结构方面的粘贴作业。借助这种方式，可以有效增加梁自身的弯曲强度，大约15％左右，同时施工操作相对较为简便。二，柱体加固。主要在结构表面借助FRP材料开展一定程度的缠绕。这样能够对柱体结构产生一定的封闭式的包裹作用，以此来形成一个有效的保护层，从而实现加固目标。在实际施工过程中，如果柱体本身并不是圆柱体形状，则要求施工人员先对柱体表面开展一定的处理工作。三，混凝土板方面的补强加固。在借助FRP材料开展混凝土板方面的补强加固工作时，具体应用策略与梁的方法基本一致。区别在于实际施工过程中，应该将FRP材料有效贴在或者有效嵌入到混凝土板体结构当中的受拉部位，以此来起到保护作用，避免混凝土板出现损毁以及破裂等相应问题。四，节点加固。对于节点来讲，属于土木工程当中不同构件之间的一个连接部位，所以其安全性良好与否可以对整个土木工程项目的使用性能以及安全性能产生重要影响，通过对FRP材料的应用可以显著提升节点部位的延展性，并且能够促使节点承载力极限值得到显著提高。所以可以有效提升土木工程的安全性以及稳定性。将FRP材料运用到土木工程的钢筋混凝土加固工程中，目前在我国土木工程实际项目中已经有了较为广泛的应用，例如，上海宝山飞云桥以及南京大桥引桥等相应桥梁当中，都对其进行了运用，以此来增强构件的受力性能，促使桥梁使用寿命得以延长。
3.2FRP筋的应用
对于FRP筋而言，其具备着高强轻质、工艺简单以及耐腐蚀、良好的电磁绝缘性等特点，所以目前在FRP筋混凝土结构、盾构技术以及边坡加固等多个方面有着较为广泛的应用。与普通钢筋相比，表现出了优异的性能，如果合理使用能够在相应结构当中有效替代钢筋或者是钢索。
3.2.1在盾构技术中的应用
由于FRP筋具备着耐久性好、易切割以及强度高等明显优势，所以目前在地铁车站盾构技术当中有着较为广泛的应用。具体应用过程中，主要利用FRP筋替代以往的普通钢筋，构建成钢筋混凝土维护结构，其不但可以满足维护结构的要求，切实保证盾构机的顺利通过，并且还可以减少钻进过程中维护结构对盾构机刀片造成的损伤。对于此方面的应用，我国土木工程行业有着相对较多的应用实例，例如，成都地铁公司曾经联合西南交通大学开展了FRP人工挖孔桩维护结构实验项目，非常成功地将其应用到了成都地铁一号线维护结构当中。再如广东佛山地铁10标段以及北京地铁15号线都对其进行了运用。通过这些实例验证，在实际切割过程中，维护结构对刀片没有造成任何损伤，同时不但节约了成本，而且有效缩短了施工工期。
3.2.2在边坡加固中的应用
由于FRP筋具备着较强的耐久性以及耐腐蚀性，所以在边坡加固工程当中用其替代钢筋的应用也较为广泛。例如，209国道宣恩县区域内某路段当中，由于右侧上方边坡高度达到了30m左右，而且坡度陡峭，相应的地层岩性也为泥质粉砂岩，具备强度低以及易风化等特点，为了保证施工安全和顺利开展，借助多层FRP锚杆进行了加固，使得边坡稳定性得到了大幅度提升。
3.2.3FRP筋混凝土结构的应用
其目前在冻融以及高盐碱地区有着较为广泛的应用，可以有效避免腐蚀问题对结构造成的损害，显著减少了维护费用，使得结构使用寿命得以有效延长。3.3FRP材料组合结构的应用对于FRP材料组合结构而言，其在性能方面呈现出了明显的提升，并且融合了不同类型的特点，能够实现性能方面的优势互补，可以构建出全新的结构体系。这对于土木工程建设和发展而言，都有着极为重要的价值和意义。一，FRP管混凝土。主要指的是利用填充的方式来充分满足建设要求的相应结构组件，通常情况下，这种组件可以显著提高对混凝土的约束力，促使施工效率和质量得以提高。其主要原理是在管中填充混凝土，借此提高结构的负载能力以及稳定性，并且降低自身重量，具备着较强的耐用性，所以目前应用范围相对较为广泛。二，FRP钢管混凝土组合构件。主要指的是在整体结构件当中有效安装空心钢管，在此基础上借助混凝土开展填充工作，以此来达到保护钢筋的目的，其可以在有效约束混凝土的同时逐渐形成更为稳定的结构，显著提高结构的抗变形能力以及承载力。三，FRP混凝土组合梁。其主要是借助混凝施加压力，以此来达到组合的目的，这种组合方式可以充分展现FRP材料的优势，能够被有效应用到土木工程永久性模板当中，并且充分满足后期施工要求。四，CFEP铝合金组合构件。在对此种组合进行设计时，必须要将FRP材料应用到构件外表面，这样可以提升构件耐腐蚀性，同时也可以解决FRP脆性较大以及难以有效进行连接的问题。五，FRP木组合构件。主要指的是FRP材料与木材开展有机结合，这样可以转变受力特点以及增强抗火能力。通过两者之间的有效组合，能够提升力学性能，并且可以缓解负载压力，同时还有助于降低成本支出。
4结语
综上所述，本文针对FRP材料的概念及其特点作出了分析，由于其具备着耐腐蚀、高强轻质等诸多优势特性，所以目前在多个领域当中都有着较为广泛的应用。将其运用到土木工程建设当中，不但有助于建设效率以及质量的提高，同时也可以保证建设过程的安全性，有助于推动土木工程行业实现健康长远的发展。相关企业有必要对其做出分析和探讨，提高自身运用的合理性，保证其在土木工程项目中发挥出应有的价值和作用。
参考文献：
［1］何雷.FRP材料在土木工程中的应用［J］.建材与装饰，2021，17（8）：41－42.
［2］尹世平，华云涛，徐世烺.FRP配筋混凝土结构研究进展及其应用［J］.建筑结构学报，2021，42（1）：134－150.
作者：邓毓 单位：江西省教育国际合作与教师发展中心