3.4 纤维增强复合材料

3.4.1 纤维增强复合材料（FRP）是近年来成功应用于土木工程中的一种新型高性能工程结构材料，它具备了轻质高强、可设计、成型方便、耐化学侵蚀、施工便捷和质量易于保证等优点。常用的复材由碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶与树脂基体复合形成，力学性能（比强度和比刚度）和化学性能（耐腐蚀性能）优越，在结构中合理地应用FRP已成为土木工程结构发展的一个重要方向。复材制品形式与种类多样，在组合结构中应用的主要类型包括：纤维布、复材板、复材筋、复材网格、复材型材和复材管等。
    复材中包含有两种主要材料组分：纤维与基体。这两种材料组分的性能、比例及其组合形式是影响复材制品各项性能的重要因素。
    复材的耐化学腐蚀特性，如耐酸、耐碱、耐盐等，主要取决于基体树脂的选用。因此，为提高复材的耐腐蚀特性，应根据其服役的化学环境，选用对其具有高耐腐蚀特性的树脂。在使用环境温度较高的场所，要求粘贴树脂的玻璃化转变温度不应低于60℃。当处于腐蚀环境、放射环境等条件时，要求采用的粘贴树脂和复材具有相应的抵抗环境因素作用的能力。
    1 主要限制强度低、耐久性差的中碱及高碱玻璃纤维，从而满足工程建设行政管理和监管要求。考虑到一般情况下混凝土的碱性比较强，为保证玻璃纤维增强复合材料的长期力学性能，结构中不应使用中碱及高碱玻璃纤维。无碱玻璃纤维，也称E玻璃纤维，碱金属氧化物含量小于0.8％。耐碱玻璃纤维，也称为AR玻璃纤维，含有16％的ZrO₂，所以耐碱性大为提高。
    2 乙烯基酯树脂、环氧树脂是国内拉挤型材使用最为广泛的树脂，应用成熟，性能稳定。酚醛树脂以其优异的电绝缘性能和阻燃性能在电力、交通等有特殊要求的领域大量应用。聚氨酯树脂具有优异的机械性能和耐候性能，作为新兴拉挤型材基体树脂也有很大的应用前景。采用高性能的不饱和聚酯树脂能够满足工程结构的需要，在选用时应确保其性能，不应采用邻苯型不饱和聚酯树脂。
    3 对于在使用环境温度较高的场所，防止高温环境下复合材料结构的承载力显著降低。
    4 当处于腐蚀环境、放射环境等条件时，要求复合材料具有相应的抵抗环境因素作用的能力。复合材料的耐化学（如酸、碱、盐）腐蚀特性主要取决于基体树脂的选用。因此，为提高复合材料的耐腐蚀特性，应根据其服役的化学环境，选用对其具有高耐腐蚀特性的树脂。
    5 当有防火要求时，考虑到树脂在高温下会由于软化导致力学性能降低，因此应在树脂中掺入阻燃剂，以提高复合材料的耐火性能。
3.4.2 本条规定了组合结构中采用复合材料的强度设计值和分项系数的要求。
    1 复合材料的抗力分项系数取值是经过对大批纤维增强复合材料实物强度的统计和可靠度指标校准分析等专题研究而确定的。其中复合材料的强度标准值应具有不小于95％的保证率。
    2 对于满足本规范第3.4.1条要求的其他类型复合材料，本款提出了需要有可靠的工程经验或必要的试验研究结果作为基础的要求来确定材料分项系数。其中必要的试验研究结果是指以少量试验分析认定材料分项系数的方法，该试验的试件数量不应少于30个，通过试验统计分析结果可以得到该复合材料的抗力分项系数；可靠的工程经验主要是指已经有些复合材料得到了应用，例如纤维布（碳纤维、玻璃纤维、芳纶和玄武岩纤维）等。本款没有给出具体取值，但给出了最低要求。纤维增强复合材料（碳纤维、玻璃纤维、芳纶和玄武岩纤维）的材料分项系数不应低于1.25。
    3 由于复合材料由纤维、基体树脂以及浸润剂等多种材料复合而成，其长期性能受环境作用影响，因此，根据本条第1款、第2款确定的复合材料强度设计值需要按照本款规定进行修正。
    修正系数应符合表1的规定。