对GFRP筋混凝土桥面板中压缩薄膜效应的研究.pdf

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1、对GFRP筋混凝土桥面板中压缩薄膜效应的研究郑愚，李春红，秦怀泉59对GFRP筋混凝土桥面板中压缩薄膜效应的研究郑愚，李春红。，秦怀泉(1．东莞理工学院建筑工程系，广东东莞523808；2．华南理工大学土木与交通工程学院，广东广州510006)摘要：为研究压缩薄膜效应对玻璃纤维增强筋(GFRP)混凝土桥面板工作性能的影响，结合GFRP筋、钢筋混凝土板的试验成果，采用有限元法对该类结构进行非线性有限元分析，并将计算结果与试验结果进行对比。结果表明：计算结果与试验结果吻合良好，所建立的模型能够准确地反映GFRP筋混凝土板的工作性能及压缩薄膜效应；压缩薄膜

2、效应导致结构实际承载能力大于现行设计方法的计算结果，而现行的设计方法由于忽略了该效应，严重低估了桥面板的承载能力，进而导致板内的配筋率过高；压缩薄膜效应随混凝土强度和支撑梁刚度增大而提高；冲切破坏可能为桥面板在轮胎荷载作用下的主要破坏模式，建议进行后续研究。关键词：混凝土桥面板；GFRP；压缩薄膜效应；非线性有限元分析；有限元法中图分类号：U443．31文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)01—0059—051引言应对GFRP筋混凝土结构工作性能的影响。研究l】发现玻璃纤维增强筋材(GFRP)的强度能够满足结构设计的要求。然而在对国

3、外已建成的2GFRP筋和钢筋混凝土简支板的试验研究GFRP筋桥梁结构心和现行GFRP筋混凝土结构的目前我国尚无专门针对GFRP筋混凝土结构设计规范[3]的研究中发现，现行的设计方法导致桥的设计规范，在分析现行设计方法_3和已建成的面板的配筋率过高(1．5～2．8o,4)。由于GFRPGFRP筋桥梁结构实例_7后发现，GFRP筋混凝土筋的价格比钢筋贵，按现行规范设计的GFRP筋混桥面板的承载力计算主要考虑结构的抗弯强度，而凝土桥梁的整体造价高于同类型的钢筋混凝土桥且以简支构件进行结构设计。因此本文进行了1组梁]，这使其无法在桥梁工程中更好地推广。宽30

4、0mm、厚200mm的钢筋与GFRP筋混凝土简众所周知，混凝土板的转动、轴向约束会影响其支构件(模拟单跨单向桥梁面板)四点加载弯曲试验，对2种筋材构件工作性能进行比较。试验构件承载力，但是外来的平面内的约束对承载力的影响却经常被忽略，例如支撑梁和加载区外围板块的横参数见表l。表1试验构件参数向约束。当荷载施加到一定程度的时候，加载区的底部和板边界处的顶部开始开裂，截面内的中性轴向受压区移动。当混凝土板的末端受到刚性约束时，压缩薄膜压力(或拱推力)便会在混凝土板内部产生。该薄膜效应是混凝土材料抗压与抗拉强度之间的巨大差异引起的，其在增加混凝土板受压区高

5、度的同时也提高了混凝土板的极限强度。由试验结果可知，开裂前2种构件的荷载～位因此，本文首先根据现行的设计方法，对1组移曲线相似(见图1)。开裂后至钢筋屈服前，钢筋GFRP筋和钢筋混凝土简支板工作性能差异进行试混凝土板表现出更高的刚度，同一荷载下，GFRP筋验研究，然后结合前期对钢筋混凝土桥面板内压缩混凝土板的位移、裂缝宽度及筋材应变均大于钢筋薄膜效应的研究[5]，采用非线性有限元技术对混凝土板。试验结果还表明，GFRP混凝土板的裂GFRP筋混凝土简支板、受约束的GFRP筋混凝土缝数量多于钢筋混凝土板，平均裂缝距离比钢筋混板和混凝土桥面板进行数值分析，

6、研究压缩薄膜效凝土板的小，尤其是筋材面积／板截面面积的值较高收稿日期：2010—06—28基金项目：国家自然科学基金(50908055)；广东省交通厅科技计划(2009—02-017)；东莞市科技计划(200910814049)作者简介：郑愚(1978一)，男，讲师，2001年毕业于电子科技大学建筑工程专业，工学学士，2004年毕业于深圳大学结构工程专业，工学硕士，2007年毕业于英国贝尔发斯特女王大学结构工程专业，获博士学位(E—mail：zhengy@dgut．edu．on)。6O世界桥梁2011年第1期时。虽然在承载能力上，GFRP筋可以代替钢

7、筋，但的物理对象。混凝土板与支撑构件采用块体单元模是由于GFRP筋弹性模量只约为钢筋的1／4，GFRP拟，GFRP筋材采用桁架单元模拟，筋材与混凝土板混凝土板前期的裂缝宽度和位移比钢筋混凝土板的之间采用嵌入式的约束定义，混凝土板与支撑构件大得多，因此现行的GFRP筋混凝土桥面板的设计之间的简支关系通过接触分析来模拟。为了节省计条件是由正常使用极限状态决定(位移和裂缝宽算所需的时间，采用了1／4模型进行数值模拟。度)，而非结构的刚度和强度。这将大大降低GFRP对比计算和试验结果(见图2)发现，所建立的筋混凝土板的承载能力，GFRP筋抗拉性能不能充数值模

8、型的计算结果与试验结果比较吻合，能够比分发挥。造成这样的原因是由于现行混凝土桥梁面较准确地计算出结构的承载能