使用GFRP 筋来代替部分钢筋或预应力钢筋用在混凝土结构中,在美国、日本、加拿大等国家做了大量的相关研究。Brown[5]等( 1993) 对6 根GFRP 筋混凝土梁试件进行了受弯试验,试验中梁是延性破坏,其破坏强度与理论预测值非常相近。然而,由于GFRP 筋的弹性模量较低,导致梁体裂缝数目增多、裂缝宽度增加、挠度增大。Alsayed[6] ( 1998) 对3 组GFRP 筋混凝土梁和1 组钢筋混凝土梁进行了抗弯性能对比试验。
试验结果表明,GFRP 筋混凝土梁的结构性能在很多方面类似于普通钢筋混凝土梁。Bradberry[7]( 2011) 认为由于GFRP 筋呈脆性破坏,应力-应变曲线没有屈服点,因而GFRP 筋用于混凝土结构时需按超筋设计,以确保破坏模式为混凝土受压破坏,并避免GFRP 筋的突然脆性断裂导致的结构突发失效和破坏。Dong[8]等( 2012) 进行了梁和板的弯曲试验,采用不带横向钢筋的拼接GFRP 筋来测定黏结强度,测试变量包括搭接长度、保护层厚度、钢筋间距。试验结果表明,GFRP 筋的黏结强度均低于钢筋的黏结强度,GFRP 筋梁全部在搭接部分出现混凝土开裂破坏。
对于GFRP 筋混凝土的设计理论,国内虽然起步较晚,但已做了大量研究工作。高丹盈[9]等( 2001) 通过对受压区和受拉区混凝土应力-应变关系曲线的简化,建立了GFRP 筋混凝土梁弯矩曲率的计算模式,提出了纤维增强塑料筋混凝土梁弯矩曲率的简化计算公式以及相应的载荷挠度计算公式。崔强[10]等( 2007)推导出GFRP 筋混凝土梁斜截面承载力的理论计算公式,并进一步探讨斜截面裂缝及挠度的特征,提出计算公式。邹永威[11]等( 2008) 推导圆形截面构件筋材应力公式和截面弯矩计算公式,确定GFRP 筋围护桩为受压破坏的设计原则,分析GFRP 筋围护桩承载力。
翟世鸿[12]等( 2008) 通过ANSYS 对用于盾构隧道进口的玻璃纤维筋混凝土双向板的受弯性能进行了非线性全过程分析,并对玻璃纤维筋混凝土双向板和钢筋混凝土双向板的受力机理进行了分析比较。结果表明,通过合理选择有限元数值模型,可以较好地模拟玻璃纤维筋混凝土双向板的受弯性能,其跨中挠度较大,但极限承载力比钢筋混凝土双向板的高,可以满足盾构隧道进口处挡土墙的强度要求。卢致强[13]等( 2010)以普通钢筋混凝土结构的设计理论为依据,得到玻璃纤维筋混凝土构件正截面及斜截面的近似计算公式,得出了玻璃纤维筋混凝土构件脆性破坏的机理,应用于成都地铁基坑围护结构并获得了成功。
由GFRP 筋力学性能试验研究可知,由于GFRP 筋是高抗拉强度、低弹性模量的线弹性脆性材料,其受力破坏机理不完全等同于钢筋混凝土构件,但作为与混凝土组成的复合材料,可采用类似的研究方法,即基于平截面假定和力的平衡,在将受压区混凝土的应力图形简化成等效矩形应力图形的基础上,针对GFRP 筋混凝土构件的破坏模式来确定其正截面承载力的计算方法。
试验结果表明,GFRP 筋混凝土梁的结构性能在很多方面类似于普通钢筋混凝土梁。Bradberry[7]( 2011) 认为由于GFRP 筋呈脆性破坏,应力-应变曲线没有屈服点,因而GFRP 筋用于混凝土结构时需按超筋设计,以确保破坏模式为混凝土受压破坏,并避免GFRP 筋的突然脆性断裂导致的结构突发失效和破坏。Dong[8]等( 2012) 进行了梁和板的弯曲试验,采用不带横向钢筋的拼接GFRP 筋来测定黏结强度,测试变量包括搭接长度、保护层厚度、钢筋间距。试验结果表明,GFRP 筋的黏结强度均低于钢筋的黏结强度,GFRP 筋梁全部在搭接部分出现混凝土开裂破坏。
对于GFRP 筋混凝土的设计理论,国内虽然起步较晚,但已做了大量研究工作。高丹盈[9]等( 2001) 通过对受压区和受拉区混凝土应力-应变关系曲线的简化,建立了GFRP 筋混凝土梁弯矩曲率的计算模式,提出了纤维增强塑料筋混凝土梁弯矩曲率的简化计算公式以及相应的载荷挠度计算公式。崔强[10]等( 2007)推导出GFRP 筋混凝土梁斜截面承载力的理论计算公式,并进一步探讨斜截面裂缝及挠度的特征,提出计算公式。邹永威[11]等( 2008) 推导圆形截面构件筋材应力公式和截面弯矩计算公式,确定GFRP 筋围护桩为受压破坏的设计原则,分析GFRP 筋围护桩承载力。
翟世鸿[12]等( 2008) 通过ANSYS 对用于盾构隧道进口的玻璃纤维筋混凝土双向板的受弯性能进行了非线性全过程分析,并对玻璃纤维筋混凝土双向板和钢筋混凝土双向板的受力机理进行了分析比较。结果表明,通过合理选择有限元数值模型,可以较好地模拟玻璃纤维筋混凝土双向板的受弯性能,其跨中挠度较大,但极限承载力比钢筋混凝土双向板的高,可以满足盾构隧道进口处挡土墙的强度要求。卢致强[13]等( 2010)以普通钢筋混凝土结构的设计理论为依据,得到玻璃纤维筋混凝土构件正截面及斜截面的近似计算公式,得出了玻璃纤维筋混凝土构件脆性破坏的机理,应用于成都地铁基坑围护结构并获得了成功。
由GFRP 筋力学性能试验研究可知,由于GFRP 筋是高抗拉强度、低弹性模量的线弹性脆性材料,其受力破坏机理不完全等同于钢筋混凝土构件,但作为与混凝土组成的复合材料,可采用类似的研究方法,即基于平截面假定和力的平衡,在将受压区混凝土的应力图形简化成等效矩形应力图形的基础上,针对GFRP 筋混凝土构件的破坏模式来确定其正截面承载力的计算方法。