芳綸纖維增強塑料預應力高強混凝土梁彎曲特性及延性探討

20世紀90年代初，纖維增強塑料(FRP)開始在各種類型的混凝土結構中使用，如加拿大建造的預應力混凝土橋梁和德國的Ulenbergstrase橋梁，都使用FRP作為預應力束；一些建筑玻璃幕墻和隧道襯砌采用FRP制作格柵而不是鋼筋網；FRP用于海洋建筑中的水下混凝土結構。此外，FRP還用于混凝土結構的維修和加固工程。CFRP預應力混凝土梁的荷載-撓度關系曲線可以用兩條直線模擬，而文章提出用三條直線模擬。試驗結果表明，AFRP預應力混凝土梁的荷載-撓度關系曲線可以簡化為三條直線，可以通過在/g、/卷和/肥之間建立函數關系來模擬。研究表明，/dn尺寸約為/g的10%20%，而/effi比/g小10%，主要是由于AFRP彈性模量小。

2.開裂荷載和極限荷載表2列出了各梁的開裂荷載和極限荷載。

對于C40和C80混凝土梁，由于每種梁的初始預應力值相同，每種梁的開裂荷載大小相似不同類型的預應力筋獲得不同的極限荷載。

梁的開裂荷載隨著混凝土強度的增加而增加，但極限荷載受混凝土強度的影響很小。在C40和C80混凝土梁中，AFRP混凝土梁的極限荷載比同等混凝土等級下的鋼筋混凝土梁高30%左右。從表中可以看出，測試前的長期連續荷載對兩種預應力鋼筋梁的極限抗彎強度影響不大。

表2給出的傳統延性指標(A土梁低于普通鋼筋混凝土梁。這是因為能量(荷載-撓度曲線以下的面積)沒有考慮。因此，有必要定義一種新的延性指標，包括能量，以分析這些梁的延性。新的延性指標是由強度因子與能量因子相乘后得到的，即強度因子是極限荷載Pu與開裂荷載Pcr的比值；能量因子是梁在任何加載階段的總能量與彈性勢能Eda的比值。

作為延性指標，整體因素不僅考慮了變形對延性尺寸的影響，還考慮了強度因素和能量因素。由于綜合考慮了AFRP材料線彈性的應力應變關系和脆性，以及高強度混凝土的脆性，可以合理地表示AFRP預應力高強度混凝土梁的延性尺寸。表3分別給出梁在三個不同撓度時對應的整體因素。

從測量結果可以看出，先張法施工的預應力高強度混凝土梁在極限狀態下變形較小，但比同一撓度下的普通混凝土梁能吸收更多的能量(見，4)。每根梁用整體因子表示的延性指標相似。

彈性勢能隨撓度的變化而變化。總能量隨撓度的變化而變化。4.在預期荷載（計算出的開裂荷載）的作用下，在梁的純彎曲部分開裂。裂縫的高度和數量隨荷載的增加而增加。當荷載達到極限荷載的70%時，除彎曲產生的裂縫外，所有AFRP混凝土梁沿放置AFRP預應力束時也會出現一些細微的水平裂縫。這些水平裂縫是由預應力束與混凝土之間的相對滑動引起的。當荷載較大時，梁在非純彎曲部分也有裂縫。

對于預應力鋼筋混凝土梁，彎曲裂縫形狀有一定規律，間距約150mm，只是梁純彎曲部分的箍筋間距。

梁在試驗中的破壞形式與預應力束的類型無關：對于C40混凝土梁，由于受壓區混凝土被壓碎而損壞梁；對于C80混凝土，預應力束斷裂損壞梁，可以從表2中梁頂部的應變大小得到證實。

根據本文的實驗研究分析，得出結論：AFRP預應力混凝土梁的荷載-撓度關系是梁開裂前的線性關系；開裂后為雙線性關系，但梁剛度應降低。開裂后，加載階段和破壞階段的有效截面剛度Ieff1和/eff2是開裂前截面剛度Ig的函數。

高強度混凝土對預應力梁的開裂彎矩有顯著影響，但對其極限彎曲強度影響不大。因此，高強度混凝土可用于不允許開裂的地方。

梁的早期加載歷史對梁的極限抗彎強度和極限撓度影響不大。

AFRP混凝土梁的撓度小于相應的鋼筋混凝土梁，極限狀態的撓度值隨著混凝土強度的增加而降低。

在普通混凝土和高強度混凝土梁中，AFRPRP作為其預應力束獲得的預應力混凝土構件在損壞過程中件相似。

高強度混凝土梁比普通混凝土梁能吸收更多的能量。當表示AFRP預應力混凝土梁的延展性時，考慮強度和能量的總體因素更適合表示AFRP預應力混凝土梁的延展性。