栏杆是桥梁的重要组成构件之一，虽然它不是桥梁的主体结构受力的关键因素，但是他却成为了
人行通道安全的重要保障，由栏杆缺失、破损导致行人安全事故的例子在我国曾有发生[1,2]。一般的桥
梁人行道栏杆使用的材料为混凝土、铁质和不锈钢栏杆，但是混凝土材料的栏杆从外形上讲不美观、
混凝土也易开裂、破损剥落，钢、铸铁材质的栏杆长期直接与空气接触难免锈蚀。玻璃钢（GFRP）复
合材料以其强度高、可制作成型、造型美观、制作安装简便，从而在工程上得到越来越多的应用[3,4]，
由此采用玻璃纤维增强复合材料（Glass Fiber Reinforced Polymer，简称 GFRP）研制了 GFRP 栅栏
型板条式栏杆。本文主要结合有限元计算与实验现场栏杆分级加载试验测试结果分析，研究玻璃钢
（GFRP）复合材料栏杆的实际工程性能。
2 玻璃钢（GFRP）栏杆的结构形式和特点
2.1 新型栏杆结构形式
玻璃钢（GFRP）栅栏型板条式栏杆全部是采用玻璃钢（GFRP）材料制成，由栏杆望柱、栏杆扶
手、下横梁和小望柱、支墩五部分组成（如图 2.1 所示）。栏杆望柱、支墩采用 H 管形截面，扶手、小
望柱和下横梁采用长方管形截面。
2.2 GFRP 栏杆荷载设计标准
根据《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77—98）
[5]之规定，计算桥上人行道栏杆时，作用在栏杆上扶手
上的活载：竖向荷载采用 1.2kN/m；水平向外荷载采用 1.0kN/m.两者应该分别考虑，不应同时作用。
作用在栏杆立柱柱顶的水平推力应为 1.0kN/m。防撞栏杆应采用 80k 横向集中力进行验算，玻璃钢
（GFRP）桥梁栏杆试验荷载按《城市桥梁荷载试验标准》（CJJ77—98）确定。
2.3 玻璃钢（GFRP）栏杆制作及连接方式
玻璃钢（GFRP）栅栏型板条式人行道栏杆的望柱、支墩、扶手、横梁、立柱先预制好后，再根据
桥梁的设计纵坡组装成栏杆排架节段运到桥上安装，最后通过预埋件连接固定于桥面。
图 2.1 GFRP 栏杆节段立面图
2.4 玻璃钢（GFRP）材料性能及 GFRP 栏杆特点
玻璃纤维增强复合材料（Glass Fiber Reinforced Polymer，简称 GFRP），俗称玻璃钢，为纤维增强复
合材料中最经济且应用最广泛者，FRP 和常用材料的力学性能参数对比见表 2.1。钢材的比重是玻璃
钢（GFRP）复合材料的 4 倍，玻璃钢（GFRP）复合材料的强度与钢材相近、与此同时还具有抗氧化
能力强，弹模比大；有着优越的设计和加工性能，可制作成各种造型优美的桥梁栏杆 [7,8]。玻璃钢
（GFRP）栅栏型板条式栏杆可增加亮丽色彩、是良好的绝缘材料、抗疲劳撞击性能强、不易腐蚀，
[9,10]，
因此对玻璃钢（GFRP）的栏杆来说不需要进行刷漆除锈等维护，降低了维护的工作量及维护费用。
表 2.1 材料参数表
材料种类 密度（kN/m3） 弹性模量
（MPa）
抗拉强度（GPa） 泊松比
混凝土 24 1700-35 0.01~.07 0.20
不锈钢 78 210000 0.4 0.30
铝合金 26~28 7000-79000 0.10~0.55 0.33
GFRP 15~20 5000-40000 0.10~0.28 0.11-0.26
3 玻璃钢（GFRP）栏杆结构有限元分析
3.1 结构计算参数
将栏杆的某一节段作为研究模型，利用有限元软件（Midas）对栏杆节段进行建模分析，望柱为
270mm×200mm 的 H 管形截面，壁厚为 5mm，因为同一根望柱前后分别连接一个节段，所以模型中
望柱刚度取全截面刚度的一半；扶手截面尺寸为 100mm×200mm，壁厚为 4mm；排架上下横档截面
尺寸为 80mm×180mm，壁厚为 4mm；小望柱截面尺寸为 60mm×120mm，壁厚为 3mm；排架上下横
档支墩为 120mm×200mm 的 H 管形截面，壁厚为 4mm。栏杆构件均采用玻璃钢（GFRP）材料制成，
根据设计要求和试验测试值，望柱和柱子的纵向弹模取 10000.0MPa，扶手纵向弹模取 11270.0MPa，
泊松比均取 0.153，容重 17.65 kN/m³，线膨胀系数 1.00E-05。采用梁单元建立的栏杆有限元模型如图
3.1 所示。