FRP筋混凝土梁弯、剪性能研究现状浅析①

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(1.东华理工大学 建筑工程学院，江西 南昌 330013；2.江西雄宇(集团)有限公司，江西 进贤 331700)

引言

钢筋和混凝土是目前基础设施中的主要材料，但近些年来，钢筋混凝土结构和钢结构的锈蚀、性能劣化问题却日益严重，其中以钢筋锈蚀最为常见。这不仅影响到结构的正常使用和寿命，而且还会造成大量的安全事故或隐患。解决上述问题的方法之一是采用新结构材料或发展新结构体系。在新结构材料中，纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer，FRP)材料已被用于混凝土结构中，旨在从根本上解决由钢筋锈蚀引起的工程失效问题。

在混凝土结构中使用FRP材料，已经成为一个重要的研究领域和新兴产业，也已成为世界范围内的热点研究课题。近年来，FRP筋(Fiber Reinforced Polymer Rebar)作为普通钢筋的替代材料，被越来越多地用于混凝土结构，FRP筋混凝土结构已成为高耐久性结构的主要研究方向之一。本文对FRP筋混凝土梁受弯、受剪性能的国内外研究现状进行了介绍。

1 FRP筋混凝土梁的受弯性能

Santoh N等[1]讨论了FRP加筋混凝土构件的弯曲性能和设计方法，在抗弯设计中变形控制起主要作用，工作应力法比极限强度法更有优势。Theriault M等[2]研究了FRP筋的配筋率和混凝土抗压强度对FRP筋混凝土构件弯曲性能的影响。研究表明，FRP筋的配筋率和混凝土抗压强度对裂缝间距和裂缝宽度影响不大。Toutanji H A等[3]研究了GFRP梁的开裂、变形、筋应力、极限荷载，包括20根不同配筋率的梁，大多数破坏是在受压区，混凝土被压碎而不是GFRP断裂。Ferreira A J等[4]认为FRP构件应设计为超筋，FRP筋可布置在受压区。GFRP筋受压破坏应变为1.5%～2.0%，可使混凝土压碎时的受压荷载从混凝土向FRP筋传递[5]。

高丹盈等[6]对62根FRP加筋混凝土梁进行了弯曲试验研究，分析了FRP筋类型、配筋率对裂缝间距、宽度、梁的变形以及承载力的影响。薛伟辰[7]对FRP加筋混凝土梁和有粘结预应力FRP加筋混凝土梁的受力过程、正截面强度、最大裂缝宽度、裂缝间距、变形等进行了试验研究，认为可按普通钢筋混凝土和普通预应力混凝土的方法计算。张雪忠等[8]参照研究预应力钢筋混凝土梁受弯性能的试验方法，对预应力GFRP筋混凝土梁的受弯性能进行了研究，得出了预应力GFRP筋混凝土梁的荷载-挠度曲线，并对其受力过程进行了较为详细的分析。王茂龙等[9]对5根以FRP筋为有粘结预应力筋、以普通钢筋为非预应力筋的预应力混凝土梁的受弯性能进行了试验研究。

李加贵等[10]通过钢筋混凝土梁与芳纶纤维筋梁的弯曲试验现象和结果，探讨了芳纶纤维筋梁的正截面受力性能和破坏模式，分析了芳纶纤堆筋配筋率对混凝土梁的裂缝宽度、挠度和承载力等的影响，为今后进一步研究和设计AFRP筋受弯构件提供了参考。江世永等[11]进行了BFRP筋无粘结部分预应力混凝土梁与全预应力梁、非预应力梁受弯性能的对比试验，并对非预应力钢筋配筋率对BFRP筋无粘结预应力混凝土梁受弯性能的影响进行了试验研究。在试验研究的基础上，对比分析了各试验参数对受弯性能的影响，并进行了相应的理论推导[12]。甘怡等[13]还进一步分析了有粘结预应力BFRP筋混凝土梁的受弯性能。

郝庆多等[5，14]对配筋率不同的GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的受弯性能进行了分析，通过对16根GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁进行三分点静载试验，研究了GFRP/钢绞线复合筋配筋率和混凝土强度对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的影响。张慧勇[15]通过对4根FRP筋新建混凝土锚固梁的试验，研究了GFRP筋混凝土梁的受弯性能。

2 FRP筋混凝土梁的受剪性能

目前，国内外针对FRP筋混凝土梁的抗弯性能已经进行了大量的试验研究和理论分析，但是关于FRP筋混凝土梁抗剪性能的研究还非常有限，尤其是国内开展的更少。王作虎等[16]评述了国内外有关FRP筋混凝土梁抗剪性能的研究成果，对今后开展研究和工程应用具有一定的参考价值。

Tureyen A K等[17]试验了9根大尺度没有横向配筋的混凝土浅梁(a/d>2.5)，目的是测验不同FRP筋和钢筋弹性模量对梁的抗剪承载力中混凝土贡献的影响，试验中采用了3种FRP筋(两种GFRP筋，一种CFRP筋)和两种不同屈服强度的钢筋。Park S Y等[18]试验了16根混凝土梁，对FRP筋预应力混凝土梁和钢筋预应力混凝土梁的抗剪性能进行了对比试验与研究。Paul A W等[19]采用连续螺旋FRP筋来承受剪切力，通过改变螺旋FRP筋的粘结方式、形状和布置方式，研究了FRP筋混凝土梁和预应力梁的抗剪性能，研究表明预应力对增加FRP筋混凝土梁的剪切力有明显帮助。Grace N F等[20]通过改变箍筋的间距和种类，试验研究了6根CFRP筋预应力箱形梁的抗剪性能。

杜修力等[21]通过27根混凝土梁的受剪试验，研究了预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态，以及各种参数对其受剪承载力的影响，并与钢绞线预应力混凝土梁的受剪试验结果进行了比较。李炳宏等[22]设计制作了6根配置BFRP连续螺旋箍筋的混凝土梁和2根配置矩形连续螺旋钢箍的对比混凝土梁。通过试验，得出了BFRP连续螺旋箍筋混凝土梁的抗剪性能，分析了配箍率、剪跨比和纵筋率等因素对构件抗剪性能的影响。叶泳等[23]对构件在受剪状态下两种不同的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)箍筋的抗拉试验方法进行了描述，模拟BFRP箍筋在构件中的受力状态，一种为L型BFRP箍筋抗拉试验方案；另一种为U型BFRP箍筋抗拉试件。

3 结语

本文在参考国内外大量文献的基础上，对FRP筋混凝土梁的受弯、受剪性能的研究现状进行了介绍，同时发现以下问题需要进一步地开展研究：

(1)GFRP/钢绞线复合筋是有效利用FRP材料性能的重要材料之一。然而，在国内外范围内，目前关于GFRP/钢绞线复合筋混凝土结构受弯、受剪性能的研究还很少，建议进一步研究。

(2)国外关于FRP筋混凝土梁抗剪性能的分析主要集中在无腹筋梁的研究方面，而对于有腹筋梁抗剪性能的研究还很不够，今后应该加强这方面的研究。

(3)由于FRP筋的抗剪强度低，导致预应力锚具的研发存在困难，这也是FRP筋预应力技术推广的一个瓶颈问题，今后需要加强这方面的研究。

参考文献：

[1] Santoh N，Nanni A.Fiber-Reinforced-Plastic(FRP)ReinforcementforConcreteStructures：PropertiesandApplications[M].Orlando：Elsevier Science Publisher，Amsterdam，1993：223-248.

[2] Theriault M，Benmokrane B.Effects of FRP Reinforcement Ratio and Concrete Strength on Flexural Behavior of Concrete Beams[J].JournalofCompositesforConstruction，1998，2(1)：7-16.

[3] Toutanji H A，Saafi M.Flexural Behavior of Concrete Beams Reinforced with Glass Fiber-Reinforced Polymer(GFRP)Bars[J].ACIStructuralJournal，2000，97(5)：712-719.

[4] Ferreira A J，Camanho P P，Marques A T，etal.Modeling of Concrete Beams Reinforced with FRP Rebars[J].CompositeStructures，2001，53：107-116.

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[8] 张雪忠，钱锐，茅卫兵.预应力GFRP筋混凝土梁受弯性能研究[J].江苏建筑，2003(2)：24-27.

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[12] 江世永，孙朋永，姚俊懿，等.BFRP筋无粘结预应力混凝土梁受弯性能理论分析[J].后勤工程学院学报，2009，25(5)：7-12.

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