芳纶纤维增强塑料预应力高强混凝土梁弯曲特性及延性探讨

20世纪90年代初，纤维增强塑料(FRP)开始在各种类型的混凝土结构中使用，如加拿大建造的预应力混凝土桥梁和德国的Ulenbergstrase桥梁，都使用FRP作为预应力束；一些建筑玻璃幕墙和隧道衬砌采用FRP制作格栅而不是钢筋网；FRP用于海洋建筑中的水下混凝土结构。此外，FRP还用于混凝土结构的维修和加固工程。CFRP预应力混凝土梁的荷载-挠度关系曲线可以用两条直线模拟，而文章提出用三条直线模拟。试验结果表明，AFRP预应力混凝土梁的荷载-挠度关系曲线可以简化为三条直线，可以通过在/g、/卷和/肥之间建立函数关系来模拟。研究表明，/dn尺寸约为/g的10%20%，而/effi比/g小10%，主要是由于AFRP弹性模量小。

2.开裂荷载和极限荷载表2列出了各梁的开裂荷载和极限荷载。

对于C40和C80混凝土梁，由于每种梁的初始预应力值相同，每种梁的开裂荷载大小相似不同类型的预应力筋获得不同的极限荷载。

梁的开裂荷载随着混凝土强度的增加而增加，但极限荷载受混凝土强度的影响很小。在C40和C80混凝土梁中，AFRP混凝土梁的极限荷载比同等混凝土等级下的钢筋混凝土梁高30%左右。从表中可以看出，测试前的长期连续荷载对两种预应力钢筋梁的极限抗弯强度影响不大。

表2给出的传统延性指标(A土梁低于普通钢筋混凝土梁。这是因为能量(荷载-挠度曲线以下的面积)没有考虑。因此，有必要定义一种新的延性指标，包括能量，以分析这些梁的延性。新的延性指标是由强度因子与能量因子相乘后得到的，即强度因子是极限荷载Pu与开裂荷载Pcr的比值；能量因子是梁在任何加载阶段的总能量与弹性势能Eda的比值。

作为延性指标，整体因素不仅考虑了变形对延性尺寸的影响，还考虑了强度因素和能量因素。由于综合考虑了AFRP材料线弹性的应力应变关系和脆性，以及高强度混凝土的脆性，可以合理地表示AFRP预应力高强度混凝土梁的延性尺寸。表3分别给出梁在三个不同挠度时对应的整体因素。

从测量结果可以看出，先张法施工的预应力高强度混凝土梁在极限状态下变形较小，但比同一挠度下的普通混凝土梁能吸收更多的能量(见，4)。每根梁用整体因子表示的延性指标相似。

弹性势能随挠度的变化而变化。总能量随挠度的变化而变化。4.在预期荷载（计算出的开裂荷载）的作用下，在梁的纯弯曲部分开裂。裂缝的高度和数量随荷载的增加而增加。当荷载达到极限荷载的70%时，除弯曲产生的裂缝外，所有AFRP混凝土梁沿放置AFRP预应力束时也会出现一些细微的水平裂缝。这些水平裂缝是由预应力束与混凝土之间的相对滑动引起的。当荷载较大时，梁在非纯弯曲部分也有裂缝。

对于预应力钢筋混凝土梁，弯曲裂缝形状有一定规律，间距约150mm，只是梁纯弯曲部分的箍筋间距。

梁在试验中的破坏形式与预应力束的类型无关：对于C40混凝土梁，由于受压区混凝土被压碎而损坏梁；对于C80混凝土，预应力束断裂损坏梁，可以从表2中梁顶部的应变大小得到证实。

根据本文的实验研究分析，得出结论：AFRP预应力混凝土梁的荷载-挠度关系是梁开裂前的线性关系；开裂后为双线性关系，但梁刚度应降低。开裂后，加载阶段和破坏阶段的有效截面刚度Ieff1和/eff2是开裂前截面刚度Ig的函数。

高强度混凝土对预应力梁的开裂弯矩有显著影响，但对其极限弯曲强度影响不大。因此，高强度混凝土可用于不允许开裂的地方。

梁的早期加载历史对梁的极限抗弯强度和极限挠度影响不大。

AFRP混凝土梁的挠度小于相应的钢筋混凝土梁，极限状态的挠度值随着混凝土强度的增加而降低。

在普通混凝土和高强度混凝土梁中，AFRPRP作为其预应力束获得的预应力混凝土构件在损坏过程中件相似。

高强度混凝土梁比普通混凝土梁能吸收更多的能量。当表示AFRP预应力混凝土梁的延展性时，考虑强度和能量的总体因素更适合表示AFRP预应力混凝土梁的延展性。