玻璃钢产品的开发和应用
摘要：玻璃钢作为一种新型复合材料在航空航天等领域发挥了重要的作用其在土木工程中，特别是在大跨度结构中可以在许多方面取代现有材料并显示出明显的优势。通过材料性能可设计及组合结构的方法，并结合所做的一些工程实践，阐述了玻璃钢/复合材料的力学性能及其在大跨度结构工程中的应用，表明GRP/COM具有潜在的竞争能力，展示其诱人的前景。
关键词：玻璃钢复合材料；结构体系；屋盖；张拉结构
FRP product development and application
Abstract:As a new material,GRP/COM plays an important role in aviation, aerospace and so on. In civil engineering ,especial in large span structure ,it may replace many materials and show great advantage. By using the designable material performance , composite construction and associating some engineering practices , this paper elaborates the mechanical behavior of GRP/COM and the application in large span structural system , indicating its protential competition and showing the enchanting prospect.
Key word: GRP/COM ;structural system ;roof;straining system.
玻璃钢（Glass Fiber Reinforced plastics简称GPR),作为复合材料大家族的一员，是玻璃纤维增强塑料的国内通称。因具有”比钢强，比铝轻”的性能，而被称为钢铁的竞争者。作为一种新型工程材料，玻璃钢在航空航天等领域发挥了重要的作用。由于其可设计性和易成型性，已被越来越多的应用于土木工程领域。
玻璃钢就是玻璃纤维加合成树脂（粘合剂）,根据需要添加一些填料,可手工叠粘,或压制、注塑而成,玻璃纤维就像钢筋混凝土中的钢筋,合成树脂就是水泥,通过它们的有效结合,充分发挥了它们各自的作用。两者优点的结合,是单一材料无法比拟的,所以玻璃钢就是玻璃纤维增强塑料玻璃纤维为增强材料,合成树脂为基本的塑料基复合材料。当然,除了玻璃纤维之外还可以用碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等,用它制成的复合材料具有比玻璃钢更高的技术性能,故也称为先进的复合材料。合成树脂作为粘合剂是玻璃钢的一种重要材料,树脂的性能对玻璃钢的性能有着直接的影响,目前,玻璃钢制品所用的粘合剂分为热塑性树脂和热固性树脂两大类,由此所制得的玻璃钢,则分别称为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。常用的热固性树脂中,主要有不饱和聚脂树脂、环氧树脂、酚醛树脂。
一 玻璃钢复合材料的主要性能
作为复合材料的玻璃钢（GRP）其性能是多方面的，这里主要讨论与建筑结构工程有关的特点。
1.轻质高强 通俗的说法是“比钢强比铝轻”。GRP/COM 沿纤维主向的抗拉强度可达普通钢材的2-3 倍，其比重为1.5-1.8左右，则其比强度比普通钢材高近10倍。由于其轻质高强，可以增大结构的跨越能力，譬如大跨度屋盖，其可能实现的跨度可以比现行的钢网架或预应力混凝土屋盖大得多；由于自重轻，其下部结构可以减小，施工安装难度下降。
2.耐腐蚀
GRP之组成部分一般对于大气的腐蚀均有抵抗能力，不至于产生金属材料那样严重的锈蚀。因此GRP/COM建筑物勿须防腐处理及维护。除一般民用建筑外，用于游泳池等有水蒸气影响的建筑屋盖具有较金属网架优越得多的特性；国内外的一些强腐蚀车间，采用GRP结构，或采用GRP 进行防腐处理，取得理想的效果，这是传统材料无法比拟的。
3.工艺性能
GRP由流质的树脂及柔软的玻璃纤维及其织物制作，它可以被做成任意的形状和表面——粗糙的，光滑的，凹凸的，平整的，而不需要特殊处理和装饰；同时，在树脂中加入各种颜料或表面着色可以取得设计者希望达到的艺术效果。
4.耐疲劳
GRP几乎无明确的疲劳极限，实用上取应力循环次数N=107 时的应力“极限”为疲劳 极限。因GRP的疲劳裂纹发展将会受到纤维的阻碍而缓和了疲劳破坏。即GRP的损伤裂纹出现后尚可经历上千次循环方至破坏。破坏有明显的征兆，而不似钢材那样具有突然性，因此GRP疲劳破坏的安全性优于传统的钢材。
二 生产工艺 1拉挤工艺
拉挤工艺是一种连续生产玻璃钢型材的方法，其突出特点是产品的纵向比强度和比模量高，工艺过程容易实现自动控制，产品质量稳定。
2.缠绕成型
玻璃钢管道广泛用于酸、碱、盐溶剂等工作环境，表现出良好的耐腐蚀性能。在煤炭行业中缠绕玻璃钢管道发展很快，井下用玻璃钢管主要分为排水管、通风管等。其中排水管要求内衬层耐磨蚀，耐一定的压力（内压.20MPa ）。缠绕玻璃钢管道内表光滑，内壁绝对粗糙度仅为 0.001mm，远小于钢管及铸铁管的内壁粗糙度。我厂制造的各式管道在三号井建设中收到了良好的效果，并发挥了一定的作用。
3.RTM成型
树脂传递模塑（RTM）是一种新复合材料成型工艺。我厂利用RTM成型所制得的制品两面光洁的特点，成功开发出电缆桥架的弯头、三通产品以及窨井盖，电控制箱等，产品较好地解决了防静电、阻燃等问题。
4.手糊成型
FRP手糊成型工艺是最基本的复合材料成型工艺，设备投资少见效快，制品不受尺寸限制，生产技术易掌握等，至今仍作为一种主要的FRP成型工艺。在煤矿FRP产品的应用方面，手糊FRP产品的应用最为广泛，用量也最大。其中包括煤矿井下梯子间的隔板、梯子、踏板、大梁、小梁等，还可用于各种座椅、冷却塔、下水道井盖以及各种防腐工程。
玻璃钢的强度指标并不低于普通碳钢。如果用比强度（强度和比重之比）来衡量,玻璃钢大大超过普通碳钢。另外玻璃钢具有工艺性好、易成型、重量轻、成本低的特点和良好的可设计性。例如,玻璃纤维含碳量的高低,纤维直径的粗细,织物的结构形式以及纤维的表面处理,均会对玻璃钢赋予不同的物理机械性能和化学性能。因此,可根据产品的耐酸、耐碱、耐高温，绝缘、高强度的使用要求选用不同的材料和工艺方法,以及进行不同的形状设计,这就大大提高了它的使用范围。而且玻璃钢制作工艺简单,生产途径多。如果批量大,可考虑投资钢制注塑模或压型模。批量小的只需一套木质模具即可,采用手工在模具上铺一层玻璃纤维，涂一层合成树脂??粘合剂 的方法,操作简单,极易造型,对于那些形状较复杂的零件可以大大降低模具投资费用,而且生产周期短。对于批量小、而要求生产周期短的产品有很大的吸引力。
玻璃钢虽有很多优点，但它也不是万能材料，玻璃钢的剪切强度只是其拉伸强度的50%，玻璃钢的层剪切强度只有其拉伸强度的5%-10%，这样在构件连接时，连接处就是一个薄弱环节,我们为了弥补玻璃钢在这些方面的不足,在制作仪表盘壳体时,采取了如下措施：
（1）.所有螺纹部分采用埋置金属螺母的结构形式,保证螺扣的耐磨性。 （2）某些部位埋置金属筋板,增加其剪切强度和刚度。 三.玻璃钢结构在大跨度结构中的应用 1.屋盖结构
大跨度屋盖结构一般将屋盖设计成壳体结构，最简单的形式是圆柱壳和球壳，根据薄壳无矩理论求解，其壳内只有沿壳切线方向的内力，因此壳体从结构上可以做得很薄，壳体的厚度取决于建筑构造的需要，强度不作为设计控制因素。从制作上由于这种壳体形状规整，成几何对称，因此可以将其等同化分成若干块进行现场拼装，并由于块件重量轻，连接简单，从而缩短建造工期，减小下部结构负荷，节约工程投资。
第七届全运会四川赛区指挥中心是七运会四川赛区集指挥组织功能，新闻发布功能，资料处理功能及日常办公功能于一体的公共建筑，本工程西靠成都市体育中心，东邻正在兴建的熊猫万国商城。为了与周围环境协调及表现体育运动的象征意义，圆形会议厅采用半球形屋盖，经多方案比较及技术经济分析决定采用玻璃钢制作玻璃钢球盖，盖分21片大小形状完全相同的块体预制，与土建施工同步进行土建完成便可以安装，安装后内外不需要作任何装修，使工期大大缩短，该工程如采 用其他任何形式的结构都不可能在如此短的工期内完【】成。1
上海东方明珠电视塔进出大厅也是采用双曲椭球面玻璃钢拱顶，大厅玻璃钢拱顶基圆 直径为60m，梁与梁之间的最大跨度15m ，共计面积2000m2以上，采用玻璃钢蜂窝夹层
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结构。2
美国 Florida Tampa市 银行大厦，采用半锥形玻璃钢屋盖，该大厦是佛罗里达州西海
［］
岸最高的大厦。屋盖高7.9m，都兼有防腐，透波和抗风等多种功能。3
2.悬挑雨棚
悬挑屋盖体系一般用于大型体育场等雨蓬，要求对观众视线无遮挡，因此常常采用悬挑结构，通常采用的是钢网架加覆盖层或预应力混凝土结构，前者由于安装复杂及维护费用高而少有采用，后者由于施工困难及自重大使工程造价偏高，用玻璃钢制作此类大型挑蓬正好克服前述两种结构体系的不足而发挥出明显的优势。GRP 悬臂结构设计中以刚度控制，为了提高截面刚度常作成柱壳或折板，其截面高度根据悬挑长度决定，从根部到端部可做成变高度。
3.张拉结构
张拉膜（壳）体系的基本组成单元为：支撑单元，张拉索及覆盖材料，国外大量应用的张拉膜结构体系也大致可以分为上述3个单元，所不同的是其覆盖材料采用的是用特普龙防水织物制作的膜材，它的透光率为20%左右，在阳光照射下由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐，夜晚建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，建筑物的体形显现出梦幻般神奇的效果。张拉膜建筑适合于大型体育建筑，大型公共建筑及博览建筑。其典型的例子是1996年，亚特兰大奥运会主体育场馆的屋顶——佐治亚穹顶，丹佛新国际机场候机楼屋顶等。［4］这种膜材是软性的，施工特别方便，但价格高，在国内难于推广应用。
利用玻璃钢复合材料强度高，刚度小的特点作膜材既可以利用张拉膜结构体系的优点，又可以克服造价高的缺点。一种方法是利用张拉膜体系（根据薄壳无矩理论）计算出膜块的大小，形状进行工厂预制，现场吊装张拉，由于玻璃钢具有一定的刚度，其连接较之软膜更简单方便；另一种方法是先对玻璃纤维织物张拉成形，再二次涂刷树脂，其整体性更加优于前者.
玻璃钢在桥梁工程中的应用
千百年来，建桥材料从石材，木材和铁材逐步向钢材和混凝土及其他新材料过渡，而不是一成不变的。随着现代桥梁结构形式结构的不断改进，其跨越能力也在不断的提高。钢结构，钢筋混凝土（预应力混凝土）结构及其组合结构已经是桥梁结构设计的主流，但不足的是，以上结构的自重应力在总设计应力中占有很大的比重。
北京密云玻璃钢公路桥建于1982年。跨径20m，梁长21m，梁高1.77m。桥宽11.38m，
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