無粘結(jié)CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板設(shè)計方法研究.pdf

1、碳纖維增強聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡稱CFRP）筋具有輕質(zhì)、高強、耐腐蝕等優(yōu)點。以 CFRP筋作為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，以環(huán)氧涂層鋼筋或鍍鋅鋼筋作為非預(yù)應(yīng)力筋的無粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板可避免因預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕而引起的結(jié)構(gòu)物承載力下降和耐久性降低。由于CFRP筋受拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈線彈性，其彈性模量也不同于預(yù)應(yīng)力鋼筋，因此無粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板受彎性能有別于常規(guī)無粘結(jié)部

2、分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁板。盡管無粘結(jié)CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板具有突出優(yōu)點，但梁板中無粘結(jié)CFRP筋在使用階段和承載能力極限狀態(tài)下的應(yīng)力增長規(guī)律尚不清楚，難以準(zhǔn)確計算裂縫開展寬度、變形和承載力。盡管 CFRP筋受拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈線彈性，但無粘結(jié)CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁板配有一定數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，從加荷至破壞存在一定的塑性內(nèi)力重分布過程，考察這類連續(xù)梁板彎矩調(diào)幅規(guī)律有一定現(xiàn)實意義。為此本文開展了如下幾方面工作：
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3、1）通過引入梁板的整體變形協(xié)調(diào)條件來解決平截面假定不再適用這一問題，采用彎矩-曲率分析法，編制了可用于無粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁板和連續(xù)梁板全過程非線性分析的程序。以跨中控制截面受壓邊緣混凝土達到極限壓應(yīng)變作為簡支梁板正截面承載能力極限狀態(tài)的標(biāo)志，以中支座控制截面受壓邊緣混凝土達到極限壓應(yīng)變作為連續(xù)梁板正截面承載能力極限狀態(tài)的標(biāo)志。以逐級增加簡支梁板和連續(xù)梁板相應(yīng)控制截面受壓邊緣混凝土壓應(yīng)變，直至達到極限壓應(yīng)變的方法實現(xiàn)了

4、梁板的全過程分析。采用該程序計算出的無粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)、無粘結(jié) CFRP筋極限應(yīng)力增量和彎矩調(diào)幅系數(shù)等計算結(jié)果，總體上與試驗結(jié)果吻合良好，這表明用該計算程序?qū)o粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁板和連續(xù)梁板進行全過程分析是可靠的。
　?。?）定義了使用階段下無粘結(jié) CFRP筋應(yīng)力增量與控制截面有粘結(jié)非預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量的比值為無粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)。參數(shù)分析表明，簡支梁板和連續(xù)梁板中無粘結(jié)CFRP筋等效折減系

5、數(shù)均隨CFRP筋彈性模量、非預(yù)應(yīng)力筋配筋指標(biāo)、預(yù)應(yīng)力筋相對位置的增加而增加，預(yù)應(yīng)力筋配筋指標(biāo)對簡支梁板中無粘結(jié)CFRP筋等效折減系數(shù)的影響程度明顯大于對連續(xù)梁板，荷載作用形式和跨高比對簡支梁板和連續(xù)梁板中無粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)的影響規(guī)律并不相同，簡支梁板中無粘結(jié) CFRP筋為直線布筋時的等效折減系數(shù)比為曲線布筋時的要大，連續(xù)梁板中無粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)隨中支座控制截面綜合配筋指標(biāo)與跨中控制截面綜合配筋指標(biāo)的比值的增加而增

6、加；對于簡支梁板和連續(xù)梁板，T形截面的無粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)小于矩形截面。以關(guān)鍵參數(shù)為自變量，建立了簡支梁板和連續(xù)梁板中無粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)的計算公式，為合理的計算使用階段梁板的裂縫開展寬度和變形提供了依據(jù)。
　?。?）基于無粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)，可將無粘結(jié) CFRP筋折算成一定數(shù)量的有粘結(jié)鋼筋，它與原有有粘結(jié)縱向受拉鋼筋共同構(gòu)成等效縱向受拉鋼筋。在無粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板剛度計算公式中引入

7、等效縱向受拉鋼筋配筋率，在用于計算無粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板裂縫寬度的縱向受拉鋼筋等效應(yīng)力計算公式中引入等效縱向受拉鋼筋面積?；谙嚓P(guān)試驗結(jié)果，推導(dǎo)了表達方式統(tǒng)一的無粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板剛度及裂縫寬度計算公式，二公式所得的計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好，可用于工程設(shè)計。
　?。?）參數(shù)分析表明，簡支梁板和連續(xù)梁板中無粘結(jié) CFRP筋極限應(yīng)力增量均隨非預(yù)應(yīng)力筋配筋指標(biāo)、預(yù)應(yīng)力筋配筋指標(biāo)的增加而減小，隨 CFR

8、P筋彈性模量的增加而增加；荷載作用形式對簡支梁板和連續(xù)梁板中無粘結(jié) CFRP筋極限應(yīng)力增量的影響規(guī)律并不相同；連續(xù)梁板和跨中單點荷載作用下的簡支梁板中無粘結(jié)CFRP筋極限應(yīng)力增量隨跨高比的增加而減?。贿B續(xù)梁板中無粘結(jié)CFRP筋極限應(yīng)力增量隨跨中控制截面綜合配筋指標(biāo)的增加而減?。粚τ诤喼Я喊搴瓦B續(xù)梁板，T形截面的無粘結(jié) CFRP筋極限應(yīng)力增量大于矩形截面。以關(guān)鍵參數(shù)為自變量，建立了簡支梁板和連續(xù)梁板中無粘結(jié) CFRP筋極限應(yīng)力增量的計算公

9、式，為正確計算梁板的正截面受彎承載力提供了依據(jù)。
　?。?）連續(xù)梁板中跨中控制截面和中支座控制截面相對剛度的變化引起了內(nèi)力重分布，進而產(chǎn)生了彎矩調(diào)幅現(xiàn)象。以中支座控制截面的外載彎矩與張拉引起的次彎矩之和為彎矩調(diào)幅對象，參數(shù)分析表明，彎矩調(diào)幅系數(shù)隨跨中控制截面綜合配筋指標(biāo)的增加而增加，隨中支座控制截面綜合配筋指標(biāo)的增加而減小。荷載作用形式和跨高比對彎矩調(diào)幅系數(shù)也存在一定影響。以關(guān)鍵參數(shù)為自變量，建立了連續(xù)梁和連續(xù)板的彎矩調(diào)幅系數(shù)計算