FRP纖維增強複合材料在結構工程中的應用（簡介篇）

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FRP纖維增強複合材料近年來在建築結構工程，結構加固中得到廣泛應用和關注，其中包括碳纖維（CFRP），玻璃纖維（GFRP），芳綸纖維（AFRP），玄武岩纖維（BFRP）為常用的FRP材料。隨著工藝流程的進步和更新，FRP的製作成本也在逐漸降低，FRP的科研項目也在逐漸擴展和深入。

纖維增強複合材料主要應用形式有：

1. FRP加固既有結構（鋼筋混凝土結構，砌體結構，鋼結構，木結構等等）
2. FRP筋混凝土結構（FRP抗拉鋼筋，FRP抗剪力彎筋，FRP預應力筋）
3. FRP結構及FRP組合結構

纖維增強複合材料主要優點有：

1.抗拉強度

CFRP 抗拉強度1200 MPa＋>鋼筋 (400MPa+)

GFRP 600 MPa+>鋼筋 (400MPa+)

2.抗腐蝕性

FRP材料無需考慮腐蝕問題，尤其是在寒冷地區和海港，使用FRP結構來抵抗除冰鹽的腐蝕，可大大降低維護費用並延長結構壽命

3.熱膨脹係數

FRP複合材料熱膨脹係數與混凝土相近, 當環境溫度發生變化時, FRP與混凝土協調工作,兩者間不會產生大的溫度應力

4.高強度重量比

FRP材料可減輕結構自重，施工方便, 其重量一般為鋼材的20%。在抗震結構中，FRP材料減輕了結構自重，減小地震作用，提高了結構耐疲勞性能。

5.結構穩定，開裂少(預應力）

FRP添加預應力使結構在正常使用的情況下不產生裂縫或者裂得比較晚。提高了構造本身剛度（stiffness），減少振動和彈性變形這樣做可以明顯改善受拉模塊的彈性強度，使原本的抗性更強。

6. 絕緣，隔熱，熱膨脹係數小

FRP筋與傳統鋼筋材料及設計區別：

鋼筋在混凝土結構中受力存在屈服（yielding）狀態，而FRP材料則是線性（Elastic）行為，無屈服，斷裂在一瞬間，沒有yielding的狀態，脆性材料，同時FRP筋的彈性模量小於鋼筋的彈性模量，而FRP材料抗拉強度是鋼筋的好幾倍，因此結構受力所產生的裂縫寬度和撓度對比鋼筋混凝土結構要大得多，設計規範並不相同，因此為了利用混凝土的非線性特性來提供足夠結構預警，FRP纖維筋結構往往採用超筋設計的理念來使結構在斷裂前提供充分預警（如較大的裂縫和撓度）。

在後面的文章中我將逐一介紹FRP筋抗彎設計，抗剪設計，裂縫寬度，撓度控制，及FRP加固設計及計算等。