FRP 筋混凝土梁延性性能探究.doc

FRP筋混凝土梁延性性能探究【摘 要】FRP 是 Fiber rreinforced polymer 的简称，FRP 筋由高性能纤维和基体材料组成，具有高强轻质、耐锈蚀、 电磁绝缘性好的优点，用FRP筋取代钢筋是是解决钢筋锈蚀 引起混凝土损伤和破坏问题的有效途径，由于FRP筋混凝土 结构的良好发展前景，其各种性能都受到人们的极大关注， 本文将谈一下FRP筋混凝土结构的延性性能关键词】FRP筋；梁；延性；研究FRP具有抗拉强度高、重量轻、抗电磁辐射、抗疲劳、 耐腐蚀等一系列优良特性，而且FRP筋可以做成普通钢筋的 形状，故FRP筋被认为是混凝土结构中预应力钢筋和普通钢 筋的一种良好的替代材料但FRP筋也有它的缺点：它的 弹性模量低、刚度小、结构变形大，其应力-应变曲线关系 直至破坏时均为线弹性，无明显的屈服点，延性较差由于 FRP筋是脆性材料，所以对FRP筋混凝土结构的延性性能的 研究显得尤为重要一、什么是延性延性，即延伸发展的性质工程中所谓延性是指材料、 构件和结构在荷载作用或其他间接作用下，进入非线性状态 后在承载能力没有明显降低的情况下承受变形的能力从延 性的本质看，它反映了一种非弹性变形的能力，这种能力保 证了强度不会因为发生非弹性变形而急剧下降。

延性可以使 构件的某些部位进入弹塑性范围内工作，通过构件的变化吸 收外力施由于FRP筋的变形能力不足，所加固结构的延性差 制约了 FRP筋的广泛应用，为了改善FRP筋的力学性能， 克服没有屈服点成脆性破坏的缺点，常常采用混杂技术以同 时达到增强和增韧的的目的根据采用纤维的不同，制成的 FRP筋分别被称为碳纤维增强聚合物(CFRP)筋、玻璃纤维增 强聚合物(GFRP)筋、芳纶纤维增强聚合物(AFRP)筋和混杂 纤维增强聚合物(HFRP)筋混杂增强技术能够充分发挥不同 纤维的优势，扬长避短，优化FRP筋的综合力学性能已有 的研究表明，FRP约束混凝土可以很大程度地改善混凝土材 料和结构本身的延性，即能有效地提高混凝土的极限应变二、FRP筋混凝土梁的延性分析FRP筋混凝土梁受弯破坏情况延性研究：根据FRP配筋率的不同和截面尺寸的不同，FRP筋混凝土梁可能出现两种 正截面破坏形式，即受压区混凝土压碎破坏和FRP筋被拉断 而破坏这两种破坏均为脆性破坏，相比FRP筋混凝土梁受 弯破坏与普通钢筋混凝土梁不同，FRP筋混凝土梁的破坏与FRP的种类、表面特征及配筋率有关有相关实验可得，对于混杂FRP筋而言，当配筋率较小且为表面光滑的FRP筋 时，FRP筋与混凝土间的粘结性能退化严重，FRP筋混凝土 受弯梁的裂缝逐渐向跨中集聚，且裂缝数量数量减少，间距 加大，分布趋于不均，梁破坏时脆性明显；当配筋率较大且 为表面经过处理的FRP筋时，粘结性能几乎没有退化，FRP 与混凝土共同工作能力好，裂缝集中在跨中，裂缝数量增加, 间距减小，破坏时表现出一定的延性特征。

FRP筋与混凝土间粘结滑移破坏的延性研究：由于钢筋 和FRP筋均是为增强混凝土结构性能而使用的加强筋，因 此，FRP筋和混凝土粘结力的组成类似于钢筋混凝土结构， 主要有以下三种：化学胶结力、摩阻力、机械咬合力粘结 力的组成部分在不同的受力阶段有所变化在FRP筋相对于 混凝土发生滑移以前，粘结应力的传递取决于胶结力；在发 生相对滑移以后，当FRP筋与混凝土的接触面发生相对滑移 时，该力立即消失，粘结力的大小主要取决于摩擦力和机械 咬合力因此，摩擦力和机械咬合力是粘结力传递的主要方 式当试件发生粘结破坏时，如果混凝土强度较低，FRP筋 与混凝土之间产生的粘结滑移就较大，此时混凝土表面会出 现许多很小的微观裂缝，这是结构破坏前的明显征兆，体现 出一定的延性；而当混凝土强度较髙的试件发生粘结破坏 时，FRP筋与混凝土之间的粘结滑移很小，混凝土表面会突 然产生较大的裂缝，这种破坏往往会突然发生，属脆性破坏三、混杂效应对FRP筋延性的影响混杂效应是混杂FRP筋所特有的一种现象，它不仅保 留了单一 FRP筋的优点，而且因不同的纤维混杂使之获得 更加优异的综合性能，混杂FRP筋的性质并不是单一纤维 筋的代数和。

从理论上分析，高弹性模量纤维能改善结构 的刚度、开裂和屈服荷载，高弹性模量、高强度的纤维能取 得应变强化行为，从而抑制变形，而高延性纤维能增强延性 已有的研究表明，CFRP的弹性模量、强度很高、应力-应变 关系基本呈线性关系，极限应变小，能够增大结构的刚度， 但用其加固构件，破坏呈脆性；GFRP的弹性模量低、抗拉强 度较高，因而加固构件时变形大，在使用范围内其强度不能 充分发挥出来由于CFRP和GFRP都是应力-应变线弹性材料，在受 力过程中并无弹性模量的改变，有相关实验可知，在第一阶 段应力保持线性增长，切线模量与初始模量相同；第二阶段 是极限应变小的CFRP开始大范围断裂，应力由原来的混合 纤维承担逐步到GFRP独自承担，应力曲线呈下降段，下降 速度由CFRP的极限应变范围决定，故下降段实际是应力转 化过程；第三阶段是应力的缓慢增长到完全破坏过程，此阶 段应力由GFRP独自承担，再次出现应力应变线性增长过程, 增长快慢由GFRP的弹性模量决定第三阶段即混合纤维出 现的延性段，说明宏观上材料表现为延性，且延性与GFRP 所占的比例关系密切CFRP/GFRP的混合比例直接影响混合 后材料的力学表现。

分析可知，CFRP比例越大下降段越陡 峭，下降后稳定值越小，表现越接近脆性；比例越小，下降 段越平稳，下降后稳定值越大，越接近延性四、结论利用混杂效应将两种或两种以上的FRP筋混合形成复 合筋，不仅可以保证设计抗拉强度，且其应力-应变曲线呈 类似于钢筋的屈服平台，有效提高了 FRP筋的延伸率可 见，混杂后的FRP筋也具有了 一定的延性参考文献[1] 徐新生，郑永峰.FRP筋力学性能试验研究及混杂效 应分析[J].建筑材料学报,2007,10(06):706-710.[2] 徐向东，李玉梅，徐茂波.GFRP/CFRP混合材料的延 性分析 [J].哈尔滨工业大学学 报,2005,37(12):1682-1746.[3] 田野，梁志萍.FRP加强混凝土梁延性分析[J]•山 西建筑,2006,32(04):66-67.[4] 郝庆多，王勃，欧进萍.FRP筋与混凝土的粘结性能 [J].建筑技术,2007, (01):15 -17.。