FRP結構是指用FRP制成各種基本受力構件所形成的結構；FRP組合結構則是指將FRP與傳統結構材料，主要是混凝土和鋼材，通過受力形式上的組合，共同工作來承受荷載的結構形式。
　　FRP與混凝土通過合理的組合方式使FRP型材與混凝土共同受力，發揮各自的優勢，達到提高受力性能、降低造價、增強耐久性、便于施工的目的。FRP與鋼材組合，可發揮出鋼材的高彈性模量和FRP耐腐蝕、耐疲勞性能好的優勢，達到互補的效果?？稍诶瓟DFRP型材時，直接將鋼筋和鋼絲嵌入型材中成型；也可在鋼結構外部采用FRP型材封閉，一方面防止鋼結構銹蝕，另一方面可與鋼結構共同受力。還可用鋼結構骨架與FRP織物蒙皮結合組成蒙皮結構。

1.1　FRP拉擠型材結構

　　FRP拉擠型材單向受力性能好，可以做成工形、槽形、箱形等型材，組成FRP框架或桁架結構。但FRP構件之間主要采用螺栓連接和粘接，有時配合榫接。圖1.4-1(a)為1999年在瑞士Basel建造的一座FRP框架結構的建筑，圖1.4-1(b)為一個強腐蝕性環境車間的FRP桁架屋蓋。

　　另外，還可以直接將拉擠FRP空心板或帶肋板作為樓板使用。研究表明，FRP空心板能夠承受較大的荷載，并且自重僅為混凝土樓板的10％～20％，具有明顯的優勢。

1.2　FRP-混凝土組合結構

　　FRP-混凝土組合梁、板是一種合理的FRP與混凝土組合的結構形式，其設計概念與鋼-混凝土組合梁、板相同：上部為混凝土主要受壓，下部為FRP構件主要受拉，它們之間通過剪力連接件使兩者協同工作，使FRP得到充分利用，并獲得較大的剛度；同時，FRP構件可兼為模板，便于施工。FRP組合梁、板的研究在各國都有開展，FRP型材的形式和種類多樣，剪力傳遞的方式也多樣，包括：接觸摩擦、粘接、螺栓、特制剪力件等。但這種結構形式目前在實際工程中的應用卻并不多。我國的密云FRP橋經過改造后成為FRP-混凝土組合箱梁橋，見圖1.4-2，該工程的實踐表明，組合構件比單純的FRP構件的剛度大，同時可避免一些局部破壞的發生。2002年，澳大利亞建成了一座跨度為10m的FRP-混凝土組合梁橋，靜載和疲勞試驗以及現場實測的結果都表明這種結構具有很好的承載能力。

　　將混凝土澆入預制的FRP管中形成的FRP管混凝土組合構件，FRP管對內部混凝土起約束作用，并兼作模板，可以極大地提高混凝土的強度和變形能力，同時混凝土也可防止FRP管的屈曲破壞。FRP管可采用拉擠、纏繞、RTM、手糊等多種方法制成。FRP管混凝土受力性能好，施工方便，并具有很好的耐腐蝕性，優勢非常明顯，因此在結構工程中得到較廣泛的應用。各國學者對于FRP管混凝土的研究進行得比較深入，對于FRP管約束混凝土的基本受力性能(包括壓、彎、剪、抗震及其組合)、施工過程中FRP管的受力性能、長期工作狀態下FRP管混凝土的受力性能以及FRP管中纖維種類和纏繞角度都有研究。還有一些學者對FRP管混凝土的構造進行了改進，提高構件性能，如：在FRP管內設置FRP肋，FRP管中心放置泡沫塑料圓柱形成環形截面等。

1.3　FRP空間結構

　　由于FRP材料的輕質高強和耐腐蝕的優點，非常適合用于大跨空問結構。用FRP制成桿件，可應用于網架或網殼等結構中。從20世紀70年代到80年代初，英國建造了幾處網架結構，桿件采用鋼或混凝土，用GFRP板填充網格作為受力或半受力構件，如倫敦的Covent花卉市場；其間，嘗試性地用GFRP桿件代替部分鋼構件。1974年，在倫敦建造了一座全FRP空間網格結構，由35塊四面體拼裝而成，但由于GFRP彈性模量低，并且節點難處理，FRP在更大跨度的網格結構中很難發揮出優勢，因此發展緩慢。
　　近年，日本開發成功了帶有鋁合金接頭CFRP卷管，應用于空間網架結構中。CFRP網架的桿件由CFRP片材以不同的角度層疊粘貼而成，桿端有鋁合金的錐頭與球節點連接。CFRP網架結構重量輕，僅為鋼網架的1／5～1／4，施工強度小、周期短，耐腐蝕性好，可避免凝露，維護費用低，線脹系數小，大跨度溫度效應小。因此它非常適合在超大跨度的空問結構和環境比較惡劣的大跨結構中應用，如：體育館、游泳館、大型溫室、展覽館等等。CFRP網架的價格是鋼網架的2倍，而維護費用是鋼網架的1／5。根據經濟性分析，CFRP網架和鋼網架在第8年持平，此后CFRP網架的費用就少于鋼網架。日本三島市民游泳館先采用了CFRP網架結構，獲得了很好的效果。圖1.4-3為我國臺灣生產的CFRP網架桿件。

　　FRP還可制成波紋板、帶肋板、空心板或夾心板，組成各種形狀的拱、殼、折板以及穹頂等空間結構，可用于雷達天線罩、娛樂設施、工業廠房等結構中，具有色澤鮮亮、耐腐蝕、成形容易、施工方便、重量輕、保溫性好等優勢，如果表面覆蓋CFRP，還可使結構耐久性和力學性能得到極大的改善。圖1.4-4所示的FRP夾層屋面體系就是一種典型形式。1968年英國Wollaston建造了一個倉庫采用了GFRP折板結構；1972年我國建造的44m直徑的球形雷達天線罩為GFRP夾心板拼裝穹頂，這些結構至今仍在正常使用。上海東方明珠電視塔的層大堂采用了60m跨的FRP雙曲屋蓋，獲得了很好的建筑效果和使用效果。

　　本書作者提出的FRP編織網結構體系也是一種新型的FRP大跨空間結構體系。它采用FRP薄板條，按類似編竹席的交錯編織方法形成編織網面；網面邊緣錨固于環梁上，并采用支撐和網面外拉索的方法，使整個FRP編織網張緊使其具備足夠的幾何剛度，形成超大跨度的屋面體系。FRP在結構中主要受拉力作用，充分利用了FRP材料的抗拉強度；并采用了編織方式增強結構的整體性；且利用編織交點的相互摩擦作用增大結構的阻尼，是一種高效的結構體系。此外，FRP板條的編織排布可以獲得特殊的建筑效果，且維護費用低。圖1.4-5為一座采用FRP編織結構體系的大型體育場的模型圖。

　　FRP-鋁合金組合結構是另一個值得注意發展的新型結構形式，它兼有兩種材料輕質的特點，同時FRP又極大地增強了鋁合金構件的剛度和承載力。這種組合結構已在航空航天工程中得到廣泛應用，我國也已開始在土木與建筑工程結構方面的研究。

1.4　橋梁工程中的FRP結構與FRP組合結構

　　因為FRP的比強度和比模量高，所以橋梁工程師們認為FRP是獲得超大跨度橋梁的結構材料。從20世紀70年代開始，就在橋梁工程中嘗試應用FRP材料，并相繼建成了一批FRP橋梁(見表1.4-1)，主要以人行橋為主，目的是驗證FRP材料用于橋梁結構的可能性和有效性。

　　20世紀80年代，有學者提出采用高強輕質的復合材料建造直布羅陀FRP跨海大橋，開始嘗試性地應用FRP建造斜拉和懸吊結構體系。1986年，我國重慶建AT座斜拉FRP箱梁人行天橋――交院橋。該橋為單塔單索面非對稱斜拉體系，全長50m，主跨梁長27.4m，寬4.4m，箱粱自重8.9t(為鋼梁的30％，混凝土梁的13％)，GFRP蜂窩夾心板組合箱梁，斜纜為高強鋼絲束，其他部分為混凝土結構。此后，在四川、重慶等地又建成了近十座FRP懸吊體系人行橋。
　　1990年，日本制作了一座全FRP的雙塔雙索面斜拉體系的試驗橋，用來驗證全FRP斜拉橋的可行性和耐久性，通過荷載試驗和長期變形觀測驗證了全FRP結構橋梁的可行性。1992年，英國蘇格蘭的Aberfeldy建成了一座全FRP結構的斜拉人行天橋，全長113m，主跨為63m，寬2.2m，雙塔雙索面斜拉體系，A形橋塔，如圖1.4-6所示。橋塔、梁、橋面板和扶手都采用了箱形截面的GFRP拉擠型材，斜拉索為AFRP索，外裹聚乙烯保護，部分連接為金屬連接。總造價為20萬美元，為傳統木橋、混凝土橋、鋼斜拉橋或鋼桁架橋費用的一半，而且至少20年免維修，這座橋的成功大大推動了FRP大跨橋梁的研究。1996年，在瑞士建成的Stork斜拉橋中采用了2根拉擠的CFRP筋集束成的索(共24根索)，其余為高強鋼絞線，這是座采用FRP橋索的公路橋梁。這些嘗試和工程應用為FRP大跨度橋梁的研究和應用起到了很好的示范作用，但迄今還沒有一座真正的大跨度FRP公路橋梁。2002年，日本的Maeda等人提出了用FRP建造5000m跨度的懸索橋的方案嘲，橋塔、橋索和橋梁都采用了FRP，并進行了靜力和動力的分析。這個方案的提出為FRP大跨橋梁的應用展現了光明的前景。

　　在嘗試用FRP建造大跨度橋梁的同時，FRP制成的中小跨度的輕質橋梁因其施工非?？旖?、造型美觀、色彩鮮艷、耐腐蝕等優勢，在實際應用中獲得了很好的效果。FRP輕質橋的結構形式可根據實
際需要進行設計和加工，其中桁架結構和梁板結構居多。1994年，在英國就用GFRP拉擠型材組合成了一座可以通過40t卡車的可開啟橋――Bond Mill橋，橋長8.22m，4.27m寬，由6根FRP箱形粱組成，當通過船時，以一岸為軸，另一邊翹起，如圖1.4-7所示。1997年，瑞士Pontresina的風景區內建成了一座跨河的全GFRP的人行橋，為雙跨連續桁架，跨度12.5m，寬1.5m，采用GFRP拉擠型材粘接而成。它非常輕，很容易安裝拆卸，在旅游的旺季安裝使用，淡季收起來，非常方便。由于FRP可著色，可設計性強，可以制成具有豐富色彩和形式新穎的結構，形成具有獨特景觀特色的輕型橋梁。例如圖1.4-8所示的橋梁，為2001年在英國建成的一座輕型FRP人行橋，跨度為47m，采用GFRP制成箱梁，用不銹鋼吊索張拉成的懸索橋，具有獨特景觀效果。2001年在西班牙還建成了的一座全FRP拱橋，跨度為38m，全部采用GFRP型材，結構總重量為19t，也形成了獨特的景觀效果。此外，FRP輕質橋梁在工業建筑、腐蝕性環境以及軍事舟橋中的應用也很多，結構形式主要以桁架為主：
　　用FRP型材構成封閉的外殼，將橋面以下原本暴露的結構圍護起來，同時作為維護檢查的通道，還可以起到以下三個方面的效果：(1)改變橋梁斷面的形狀，減少風荷載，改善橋梁的氣動性能；(2)FRP外殼耐腐蝕且封護系統的密封性好，阻止了外界環境對大橋主體結構的腐蝕；(3)FRP外殼把結構包護在內部，橋體下部拱腹平滑流暢，并且有多種顏色可選，使整座橋外觀簡潔、美觀。FRP橋梁封護系統早在1987年，由英國MaLlnsell Structural Plastics公司在Tees Viadtlct的一座橋梁上嘗試應用，獲得了很好的效果。而后在英國許多橋梁中都開始使用這種封護系統，并編制了相應的規范。2002年我國港灣工程第三航道局承建的泰國湄南河上的Rama VIII斜拉橋就采用了這種橋梁封護系統，見圖1.4-9。

　　FRP橋面體系是近十年內發展起來的一種新型橋面結構形式，一般為全FRP結構或FRP-混凝土組合梁板。FRP橋面板與傳統的鋼筋混凝土橋板相比有以下優勢：(1)工廠中加工成型，重量輕，運輸安裝迅捷；(2)能抵抗除冰鹽、海水以及空氣中氯離子的侵蝕，維護費用低；(3)恒載小，可減少支撐結構和下部結構的荷載；(4)為彈性結構，設計通常為撓度變形控制，偶爾超載變形可恢復；(5)疲勞性能好。1996年，美國Kansas州的無名溝壑上架起了座采用FRP橋面板的公路橋，如圖1.4-10所示，橋凈跨6.48m，寬8.46m，設計荷載等級HS-20級，現場施工只用了8小時。同年，美國加州圣地亞哥大學的研究者也將FRP橋板安放在公路上進行了現場試驗。此后，FRP橋面體系發展迅速，目前上已有近百座中小型橋梁采用，其中絕大部分在美國，Ohio州甚至制定了6年內在100座橋梁中應用FRP橋面板的計劃，而我國目前還是空白。這些橋梁中大約60％為老舊橋梁的翻新，絕大部分為GFRP材料。

　　為了推動FRP在我國結構工程中的合理應用，清華大學從2004年研發了一種新型外部纏繞FRP空心橋面板，見圖1.4-11，并對其性能進行了深入研究。該橋面板適用于梁式橋的橋面結構或跨度在4m以下的跨越，與其他FRP空心板相比，HD板材料的利用率更高，受力性能更好。

1.5　FRP與工程結構的安全自監測

　　由于CFRP不僅有較高的強度和彈性模量，而且有很好的導電性能。當纖維受力時，CFRP纖維方向上的電阻和橫向的電阻隨著荷載大小會發生可逆變化，即壓敏特性；而一旦發生破壞，電阻則會發生不可逆的變化。利用這一特征，可以直接通過CFRP結構各部位的電阻值變化來監測結構的工作狀態，成為具有自監測功能的智能結構材料。也可以將CFRP筋作為傳感元件埋入混凝土，或在CFRP布加固混凝土結構時利用CFRP布作為傳感元件，對混凝土結構進行監測。值得注意的是它們不單純是傳感器，還能為結構提供承載力。圖1.4-12為清華大學進行CFRP布加固鋼筋混凝土梁受彎加固試驗時獲得的荷載-撓度關系與CFRP電阻-撓度關系?？梢钥闯觯奢d不大時，CFRP電阻值隨變形增加呈減小趨勢，而當鋼筋屈服、梁的撓度顯著增大時，CFRP布的電阻值的增加，且蠻化明顯。

　　還有研究者進行了試驗研究，表明CFRP的電阻變化率與拉應變基本呈線性關系，其靈敏系數約為30.5～134.1，約為普通電阻應變片的13.8～60.7倍，CFRP的應變可以通過測量其電阻變化值來獲得。還有一種利用碳纖維的導電性進行自監測的形式是將短碳纖維與混凝土混合制成碳纖維混凝土，這樣就能形成一種壓力自感知的智能結構材料。
　　如果將光纖光柵作為一股纖維束放入合束盤正中，與FRP一起拉擠成型，就能將光纖傳感器埋入結構內部進行健康監測。這個概念早由Kalamkarov提出，并對其進行了傳感特性、疲勞特性、抗腐蝕性等研究。我國的研究者也設計制作了2種FRP筋材，進行了重復荷載的試驗研究，通過微觀觀察看到FRP筋與光柵界面結合良好，可以保證它們變形協調。這樣的FRP筋具有更加穩定的自監測性能，更適合在結構中多參數的分布式測量。