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为了充分发挥FRP材料和混凝土材料各自的优势,FRP-混凝土组合结构成为一种有效的结构形式。现阶段,FRP-混凝土组合梁的力学性能研究还比较少,且集中于箱形或工字形FRP型材与混凝土组合梁的研究。将带T肋的FRP板与混凝土组合可以避免FRP材料发生剪切破坏,FRP材料类似于钢筋承受拉力,而设置在上部的混凝土承受压力。本文对四根带T肋的GFRP板与混凝土材料组成的GFRP-混凝土组合梁进行了静载试验和理论分析,主要研究成果如下:
(1)当剪跨比在2附近时,组合梁的破坏模式为剪切破坏,斜裂缝底部GFRP板与混凝土的撕裂导致斜裂缝迅速发展,最后组合梁无法继续承受荷载而破坏。破坏时,组合梁裂缝数量较少,但宽度较大,具有无腹筋梁裂缝特征。
(2)受压区配置CFRP筋网格明显改善了组合梁的力学性能,实测的CFRP筋应变值与混凝土应变有着较好的一致性,这表明CFRP筋与混凝土可以共同受力。
(3)GFRP与混凝土间的界面处理方式对组合梁力学性能有明显影响。界面未做处理的组合梁出现了滑移,涂抹环氧树脂并铺撒小石子的界面则可以明显提高GFRP板与混凝上的粘结性能,能够保证组合梁界面剪力的传递。
(4)进行了FRP筋与混凝土粘结性能的拉拔试验,试件的破坏形式为FRP筋滑移拔出及FRP筋断裂。随着FRP筋表面加肋、锚固长度减少、混凝土强度提高,FRP筋与混凝土的平均粘结强度都有了提高。其中表面形式对平均粘结强度的影响最大,锚固长度对平均粘结强度也有很大影响,而混凝土强度对平均粘结强度的影响最弱。本文对带肋FRP筋与光网FRP筋的粘结滑移本构模型进行了分析。
(5)在“拉杆拱”模型的基础上给出了GFRP-混凝土组合梁抗剪承载力的计算方法,该计算方法考虑了GFRP板面积、混凝土强度及剪跨比的影响。采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了三维GFRP-混凝土组合梁有限元模型,数值计算结果和试验量测结果有较好的一致性。