無(wú)粘結(jié)CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡(jiǎn)稱(chēng)CFRP）筋具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。以 CFRP筋作為無(wú)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(wú)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(xiàn)彈性，其彈性模量也不同于預(yù)應(yīng)力鋼筋，因此無(wú)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(wú)粘結(jié)部

2、分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁板。盡管無(wú)粘結(jié)CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板具有突出優(yōu)點(diǎn)，但梁板中無(wú)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(zhǎng)規(guī)律尚不清楚，難以準(zhǔn)確計(jì)算裂縫開(kāi)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(xiàn)彈性，但無(wú)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?xún)?nèi)力重分布過(guò)程，考察這類(lèi)連續(xù)梁板彎矩調(diào)幅規(guī)律有一定現(xiàn)實(shí)意義。為此本文開(kāi)展了如下幾方面工作：
　?。?/p>

3、1）通過(guò)引入梁板的整體變形協(xié)調(diào)條件來(lái)解決平截面假定不再適用這一問(wèn)題，采用彎矩-曲率分析法，編制了可用于無(wú)粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板全過(guò)程非線(xiàn)性分析的程序。以跨中控制截面受壓邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變作為簡(jiǎn)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(dá)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(jí)增加簡(jiǎn)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(dá)到極限壓應(yīng)變的方法實(shí)現(xiàn)了

4、梁板的全過(guò)程分析。采用該程序計(jì)算出的無(wú)粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)、無(wú)粘結(jié) CFRP筋極限應(yīng)力增量和彎矩調(diào)幅系數(shù)等計(jì)算結(jié)果，總體上與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，這表明用該計(jì)算程序?qū)o(wú)粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板進(jìn)行全過(guò)程分析是可靠的。
　?。?）定義了使用階段下無(wú)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(wú)粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)。參數(shù)分析表明，簡(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板中無(wú)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(duì)位置的增加而增加，預(yù)應(yīng)力筋配筋指標(biāo)對(duì)簡(jiǎn)支梁板中無(wú)粘結(jié)CFRP筋等效折減系數(shù)的影響程度明顯大于對(duì)連續(xù)梁板，荷載作用形式和跨高比對(duì)簡(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板中無(wú)粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)的影響規(guī)律并不相同，簡(jiǎn)支梁板中無(wú)粘結(jié) CFRP筋為直線(xiàn)布筋時(shí)的等效折減系數(shù)比為曲線(xiàn)布筋時(shí)的要大，連續(xù)梁板中無(wú)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(duì)于簡(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板，T形截面的無(wú)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(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板中無(wú)粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)的計(jì)算公式，為合理的計(jì)算使用階段梁板的裂縫開(kāi)展寬度和變形提供了依據(jù)。
　?。?）基于無(wú)粘結(jié) CFRP筋等效折減系數(shù)，可將無(wú)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(wú)粘結(jié) CFRP筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁板剛度計(jì)算公式中引入

7、等效縱向受拉鋼筋配筋率，在用于計(jì)算無(wú)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(jì)算公式中引入等效縱向受拉鋼筋面積。基于相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，推導(dǎo)了表達(dá)方式統(tǒng)一的無(wú)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(jì)算公式，二公式所得的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，可用于工程設(shè)計(jì)。
　?。?）參數(shù)分析表明，簡(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板中無(wú)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(duì)簡(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板中無(wú)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(diǎn)荷載作用下的簡(jiǎn)支梁板中無(wú)粘結(jié)CFRP筋極限應(yīng)力增量隨跨高比的增加而減小；連續(xù)梁板中無(wú)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?duì)于簡(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板，T形截面的無(wú)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(jiǎn)支梁板和連續(xù)梁板中無(wú)粘結(jié) CFRP筋極限應(yīng)力增量的計(jì)算公

9、式，為正確計(jì)算梁板的正截面受彎承載力提供了依據(jù)。
　　（5）連續(xù)梁板中跨中控制截面和中支座控制截面相對(duì)剛度的變化引起了內(nèi)力重分布，進(jìn)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(duì)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(duì)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(jì)算