时间：2013年11月05日 分类：推荐论文 次数：
摘 要：通过3根预应力CFRP筋桥面板的静力加载试验，对CFRP筋桥面板的受力过程、破坏形态及机理、极限承载力、裂缝及变形特性等进行系统的研究。研究结果显示，预应力CFRP筋可有效的延缓板构件裂缝开展，改善构件变形性能，增加构件强度、改善结构延性。
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0 引言
钢筋锈蚀问题已成为全世界土木工程领域迫在眉睫的问题。为解决该问题，一个有效的方法就是利用CFRP筋代替钢筋，CFRP筋抗拉强度高、自重轻，耐腐蚀性能好，极大地提高了结构的耐久性，节省结构后期的维护和修复等费用，尤其是它较强的抗拉强度，十分实用于预应力结构，因此，本文将预应力CFRP筋运用于混凝土桥面板中，并通过试验研究其破坏机理，研究其抗弯承载能力等破坏机理。
1 试验设计
共设计3板预应力CFRP筋桥面板试件，均采用C50混凝土浇筑。试件的截面为矩形，板的截面尺寸b和h分别为600mm和150mm。板长均为2200mm，跨度均取2000mm。预应力CFRP筋采用直径为7mmCFRP筋，根据不同参数采用编号为：PB1、PB2、PB3。非预应力筋，受压区钢筋，箍筋均采用普通钢筋。试件设计参数有：①张拉控制应力，分别为0.4 和0.6 ;②CFRP的根数。试验各设计参数详见下表，试验各设计参数及配筋情况详见表1[1][2][3][4][5]，表2为混凝土力学性能指标。
试验中加载方式按照结构静力试验中单调加载试验方法进行。试件两端简支，通过一个500 kN的MTS液压作动器和分配梁实现三分点加载，作动器和分配梁之间布置有荷载传感器，以量测荷载的数值。采用分级加载制度，首先预加载15 kN，开裂前每级增加4 kN，开裂后每级增加8 kN，直至试件破坏。
2 试件受力过程
所有预应力CFRP筋桥面板其受力大体相同，其受力可概括为以下几个阶段：
(1) 加载到初裂阶段
预应力CFRP筋桥面板底部受拉区混凝土开裂之前试件处于弹性阶段。试件的挠度随着荷载的增加而增长，试件总体变形不大，荷载—挠度曲线呈线性关系。随着荷载的增加，在该阶段末，试件的纯弯段内会出现几条细小的裂缝。试验结果发现，试件CFRP筋张拉控制应力水平越高，根数越多，开裂荷载就越大。
(2) 开裂至屈服阶段
该阶段对应于试件受拉区混凝土开裂，终止于非预应力钢筋屈服。预应力CFRP筋桥面板板底混凝土开裂后，受拉区混凝土逐渐退出工作，截面的拉应力由CFRP筋和非预应力钢筋共同承担。荷载—挠度曲线出现第一个拐点并且偏离原直线。随着荷载的增加，普通钢筋、预应力CFRP筋、应变增加较快;纯弯段、加载点和剪压段均有数量不等的裂缝出现，但裂缝高度开展不明显，所有试验混凝土板主裂缝高度发展到截面高度的3/5处时便不再向上扩展。
(3) 屈服到极限阶段
该阶段开始于非预应力钢筋屈服，终止于预应力CFRP筋桥面板受压区混凝土被压碎。非预应力钢筋屈服，截面的刚度大幅度下降，挠度的增长迅速，荷载—挠度曲线出现第二个拐点。随着荷载的增加，预应力CFRP筋桥面板混凝土受压区被压碎，试件破坏。该阶段裂缝的数量不再增加，但宽度和高度扩展很快。
3 试件荷载挠度曲线
所有的预应力CFRP筋桥面板荷载—挠度曲线对比如图2所示。
所有试件荷载—挠度曲线对比可得如下结论：
从各预应力CFRP筋桥面板PB1，PB2，PB3的对比情况可以看出，在试件屈服以前，各试件的开裂荷载，挠度，屈服荷载均差别不大。增加CFRP筋的预应力水平及预应力度，对试件挠度变形影响不大。在试件屈服以后，CFRP筋混凝土桥面板试件的极限承载力和变形性能随着CFRP筋的预应力水平和数量的增加而提高。其中提高预应力可以稍微提高极限承载力，减少挠度。增加CFRP筋数量也可以提高试件的极限承载力，明显的减少挠度，但会降低延性。
4 试件裂缝开展
预应力为40%的桥面板PB1裂缝前期开展较慢，在正常使用极限阶段各裂缝发展较均衡，出现多条高度和宽度相近的主裂缝，并且各级荷载情况下主裂缝交替现象明显，最后PB1裂缝数目明显增加，间距减少，但是裂缝宽度较小。预应力为60%的桥面板PB2的裂缝开展情况在桥面板PB1的基础上又有了明显的提高，在前期裂缝宽度和高度开展最为缓慢，在整个正常使用阶段通过肉眼看不到裂缝有明显的变化。在后期破坏后，可以看到整个构件的的所有裂缝分布比较密集，裂缝数目最多，裂缝间距最少，并且发展比较均匀，纯弯段内各裂缝高度和宽度相差不大，和剪压段斜裂缝宽度和高度也很接近。桥面板PB2的裂缝发展情况在桥面板PB1的基础上又有了较大的提升。两根CFRP筋构件桥面板的PB3，裂缝发展情况比桥面板PB1略好，但是差于桥面板PB2，裂缝数目，间距及宽度介于桥面板PB1和PB2之间。
5 结论
(1) 从试验过程可以看出，试件抗弯承载力大体相同的情况下，正常使用极限状态，随着CFRP筋预应力水平的提高，预应力CFRP筋混凝土板的受力性能也有所提高。
(2) 提高预应力CFRP筋桥面板的预应力度，可一定程度的提高试件的极限承载力，减少挠度，但延性较差，建议增加预应力CFRP筋数量的同时，适当搭配普通钢筋，以增加延性。
(3)预应力 CFRP筋桥面板进行配筋设计时，由于板的截面较大，应充分考虑CFRP筋截面尺寸的大小对板试件挠度、裂缝开展的影响。
参考文献 ：
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