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至塑料复合材料引领桥梁建造行业革命

2021年09月23日

塑料复合材料引领桥梁建造行业革命

当美国华盛顿特区的交通部决定重建3座老旧的桥梁时,1筹莫展的工程人员想到了采取塑料作为解决办法。其中1座具有110年历史的古老桥梁必须换用薄型主桥面,但需要承重4000辆车,包括半挂卡车。

解决方案是:用5英寸厚的纤维增强聚合物(FRP)桥面代替混凝土板及其钢梁。

项目经理MarkClabaugh在电子邮件中说,与普通的增强型桥面比,该桥厚度更薄。这是FRP桥面的优点。这有助于减少桥梁上部结构的总深度。

说明测力活塞应更换 位于美国俄亥俄州Dayton的CompositeAdvantage公司提供了注模跨度玻璃纤维,用AshlandInc.公司供应的名为DISO9000是质量管理体系erakane610的基础树脂制成的乙烯基酯连在1起。

公司所有者ScottReeve在接受电话采访时说,在技术方面,该桥需要极低的深度,低厚度。桥梁有时仍有观光游船通过,固然还要斟酌水的波动。

该公司是美国少数几家生产桥梁用零部件的大型制造商,从20英尺的小桥到去年在美国马萨诸塞州安装终了的全球最大的1座行车桥的FRP桥面。

Reeve说:人们不希望撤除这些历史悠久的古桥,但它们已没法承受现代货车的重量了。拆掉厚重的混凝土桥面,用轻型的玻纤桥面取而代之,货车就能够正常通过桥梁了,而且还保存了原有面貌,大家都很高兴。这正是我们的产品能够发挥作用的地方。我们能够带来很大的价值,帮助解决困难。

通行费预算

FRP桥面是核心所在,由于它既足够结实可以消除桥梁用户的载重限制,又足够轻巧。

8英寸厚的FRP桥面每平方英尺可承重25磅,而标准9.5英寸厚混凝土板每平方英尺可承重119磅。

但FRP桥面造价昂贵,所以本钱还是许多桥主需要克服的障碍。

但保护上能节省1大笔费用,而且桥梁可使用更长时间。这些桥梁可以保持75年以上。不会遭到任何因素的腐蚀。虽然最初支出可能多了1倍,但其寿命也延长了1倍。

FRP桥梁减少乃至消除保护需求的特点正在提高复合材料的吸引力,并在美国各地和美国联邦公路管理局(FHWA)愈来愈多的项目中得到使用。

遍及全美

美国现有大约604000座桥梁,其中11.7%在结构上有缺点,承载元件但通用性差过于老旧,另外14.1般情况下2%的桥梁在功能上太过时,达不到当前对车道、路肩宽和护栏的设计标准。

虽然美国有25.9%的桥梁存在各种问题,但相比2000年的30.7%的数字已有所改良。

布法罗大学桥梁工程研究所称,目前有超过125座行车桥使用复合材料作为桥面或上部结构。

发言人NancySinger在电邮中说,FRP桥梁的主要优势在于该材料的不容易受腐蚀性。

她还提到了快速建造预先设计且预制的FRP桥面板,并通过简单的机械运至工地可当场安装。无需等待混凝土凝固,从而减少了交通本钱和人力本钱。

不过,除本钱外,还有另外一个潜伏的缺点。

Singer说,人们担心纤维复合材料聚合物长时间暴露于紫外光后性能会受损。

FRP桥梁投入使用的历史还不长。美国第1座用于公共交通的复合材料桥梁于1996年11月建于堪萨斯州。

大步前进

Reeve说,这1行业在树脂和涂层方面经过了漫长的发展。2011年上市的Derakane610乙烯基酯专为新兴的FRP基建设施市场而开发。它不但具有很好的成型特性、强度、耐用性和耐湿性,还提高了防火性,并添加了1种颜料来抑制紫外线降解。

Reeve说,这类树脂的作用之1是为纤维提供紫外光防护,并且加入了抑制剂,这也能起到帮助,另外还在外部再加了1层聚氨酯。所以,有两道防护屏障(树脂和聚氨酯涂层)阻隔紫外光照耀纤维。

Reeve在谈到FRP桥梁造价时说,要从原材料中取得这些性能,需要花钱,而这1领域仍远未到达钢材和混凝土所具有的范围经济。

他补充说,桥面是在规定的设置下生产出来的工程产品,具有很高的质量控制度。CompositeAdvantage公司约有50名员工,采取夹心结构生产其FiberSpan品牌的桥面板。

玻纤的外部面层表皮在用45度角纤维增强的闭孔泡沫芯中模塑而成。这些纤维和树脂1起被注入,在闭合空间后构成结实的网状。防滑表面为人行天桥专用。

Reeve本来供职于航空业,后在2005年创办了CompositeAdvantage公司。他说,FRP在桥梁中的利用在日趋增加,虽然增速比较缓慢。

他说:要斟酌到公众安全,所以行业必须守旧。另外,花了差不多30年从1880年代到1910年钢材才在美国的桥梁中完全取代木材,所以FRP也需要时间。我们正在发展中。

美国使用FRP复合材料技术的桥梁大多位于西弗吉尼亚州、俄亥俄州和纽约州,这些地方使用除冰盐会致使桥梁过早老化。

Reeve说,虽然行车桥采取FRP桥面的造价比传统材料要高出1倍,但人行天桥和简便桥的造价仅高出15⑵0%,而且往后的开支反而节省了。

CompositeAdvantage公司今年将提供新系列的灰色和米色简便桥,既具有FRP的强度和耐久性,又具有防滑表面,而且可以定制色彩。随着公园预算的紧缩,美国城市和郡县在想法避免产生后期保护费用。

位于美国俄亥俄州Germantown的FiveRivers公园建造了1座20英尺的简便桥,逾越溪流。安装工程花了1小时,华氏个位数温度其实不产生影响。

Reeve说,公园在建造更多的简便桥和自行车道,木桥的保护工作耗费时力,过几年就需加以更换。虽然木材比较便宜,但其本钱会随着时间的流逝而增长。

Reeve预期该公司的桥梁业务将继续增长,由于有愈来愈多的简便桥有待建造,还有愈来愈多的现有桥梁需要现代化的更新解决方案。

他说:我认为这是1个很有潜力的增长领域。对桥梁和利用,我们将会建立起新的标准。

他估计该公司约有3分之1的业务来自FRP桥梁,3分之1来自油田利用,另外3分之1来自滨江基础设施。