工程面临的挑战：

    桥梁主要用于承载重型履带军用车辆。希望应用低成本，可持续使用和低维护费用的解决方案，取代那些传统的易于腐朽的木桥。

    设计方案：

    大桥横梁与纵梁的建造，与桥桩和经特殊压挤工艺制造的工字梁（不相溶聚合物结合高密度聚乙烯和纤维增强聚丙烯）连接。

    一个低成本新品复合材料“超强基”在美军的努力下诞生了。美军Fort Bragg①基地是美陆军第18空降军，第82空降师，美国陆军特种作战司令部和美国跳伞队的大本营。目前基地正在使用M-1 Abrams 型坦克测试Fort Bragg基地交通基础设施承载的极限，特别是位于基地附近的木结构桥梁的承载力。该桥梁的理论承受力是6吨，但是桥体的一些横梁已经高度受损。因此，当工程师研究与发展中心（ERDC），和美国陆军建筑工程实验室（CERL）的相关专业人员和美国陆军工程兵部队的材料工程师Richard Lampo，一同来到Fort Bragg基地。经过研究提出的桥梁改进方案是，应用再生塑料重新建造一座新的桥梁，以取代原先这座木结构桥梁。Fort Bragg基地的公共工程局（DPW）考虑后接受了这项建议，并且提出，新的桥梁建成后，首先要确保FortBragg基地重型坦克车辆的正常行驶。此外，国防部腐蚀预防与控制项目副部长承诺为该项目的设计、建造、初始载荷测试等方面提供资金支持。美国国防部最近的研究报告显示，美国国防部在对抗基地设备和基础设施腐蚀的问题上，大约每年投入的资金是225亿美元。因此，国防部颁布了“绿色”采购政策和相应的联邦法律法规，大力发展美军基地设施建设质量。

    政府如此大力支持的结果，终于促成了这座史无前例的复合材料桥梁的诞生。这座大桥的工字梁，桥板，栏杆，和坚固的原形桥桩，无一例外，全部采用复合材料制成。建造这些部件的原料共计39吨，包括：防腐原料，水，耐磨高密度聚乙烯和纤维增强聚丙烯。

    共混聚合物

    不相溶聚合物共混结合高密度聚乙烯的强度和玻璃纤维增强的硬度建造的工字梁硬度甚至高于钢铁材质。

    复合材料桥梁的各个零部件是在Axion国际控股公司③专业人员的指导下生产完成的。该公司设立在Rutgers大学④的AMIPP先进聚合物研发中心拥有复合材料专利制造工艺和特许证书。首席研究员Thomas Noskers博士负责在研发过程中的监督、指导工作。玻璃纤维增强丙烯是从废旧的汽车保险杠中回收利用的。尽管对于纤维的长短没有过于严格的限制，但最理想的纤维长度还是在5毫米~10毫米之间。

    采用Rutgers加工程序，Axion公司的压挤机首先用不相溶聚合物共混的方式将高密度聚乙烯和纤维增强丙烯结合到一起，简单的说，混合两种或两种以上不相溶聚合物生产出复合材料。由此可以将高密度聚乙烯的强度与玻璃纤维增强聚丙烯的刚度很好的结合起来。通常，高密度聚乙烯具一定强度，但是，却不具备很好刚度。Axion公司工程部经理George Nagle说，“在某种意义上，我们目前针对高密度聚乙烯材料应用的技术已经取得了一加一等于三的结果。”

    Rutgers加工程序能够大大提高挤压零件的机械性能。在传统的挤压工艺中，纤维通常会沿着表面结构延长，容易造成受力不均。Rutgers大学的研究人员已经克服了这个缺陷。他们研发出一种方法，能够在加工过程中，使加入的纤维方向一致，这样不但能减少纤维使用量，而且具备更大的同轴属性。举例来说，由于传统产品由于纤维方向是随机铺放，因此两种方法生产的产品要达到同样强度，加工传统产品时就必须加入重量34%的纤维，而新型Rutgers加工程序只需加入重量11%的纤维。从而大大降低了生产成本。

    Nagle 表示，“一旦完成该挤压程序，最终制成的复合材料部件能够比同重量的钢材具有相同甚至更高的强度。” 

    工字梁 为美军坦克铺平前进道路

    在Fort Bragg基地现有的木质结构桥梁，已经高度腐化，初始的额定载荷能力为4吨。Nagle解释说，“我们面对的这座大桥，比传统的主要为汽车用途的大桥，要经受更大的载荷考验。”“因此在评估大桥设计方案的过程中，大桥的负载能力，抗伸缩性，耐久性，以及抗腐蚀性这几方面就显得尤其重要。”

    M.G. McLaren工程咨询公司承担了大桥的设计工作。同时，材料工程师Lampo和来自工程师研究与发展中心（ERDC）、美国陆军建筑工程实验室的相关技术人员也对大桥的设计方案提供了帮助。新的设计理念基本与传统木质桥梁的建造方法一致：1）在桥的两端打桩，以防止雨季来临时，水位上涨导致的水土流失；2）桥板下共计四排桥桩，每根圆形桥桩都由复合材料实体浇注制成，直径为305毫米，高度为14米~20米不等；3）每四根桥桩用一根3.7米的横梁固定。每四根横梁支撑一根12.2米的纵梁。当然，纵梁安装的方向与坦克行驶方向一致。

    “大桥的每一根纵梁都相互连接并互相支撑，这样能够使每根梁都平均受力，” Green解释说。最后，再安装上复合材料的桥板，保险杠和栏杆，大功告成（大桥的所有零部件，除了桥板栓和紧固件，剩下全部通过Axion公司复合材料生产完成。）。

    对于Fort Bragg基地的大桥来说，设计上的最关键部分莫过于这根457毫米宽的工程复合材料工字梁（包括纵梁和横梁）。

    大桥应用的所有结构复合材料的拉伸容限都设计为600psi，压缩和弯曲应力都提供了很大程度的安全保障，是对应变率不敏感的材料。该种复合材料的破坏应变是3%，大大高于木材的0.7%。

搭建中的复材桥梁