摘 要：通過3根預應力CFRP筋橋面板的靜力加載試驗，對CFRP筋橋面板的受力過程、破壞形態及機理、極限承載力、裂縫及變形特性等進行系統的研究。研究結果顯示，預應力CFRP筋可有效的延緩板構件裂縫開展，改善構件變形性能，增加構件強度、改善結構延性。

　　關鍵字：材料科技評職論文,發表論文期刊網,預應力CFRP筋,橋面板,試驗

　　0 引言

　　鋼筋銹蝕問題已成為全世界土木工程領域迫在眉睫的問題。為解決該問題，一個有效的方法就是利用CFRP筋代替鋼筋，CFRP筋抗拉強度高、自重輕，耐腐蝕性能好，極大地提高了結構的耐久性，節省結構后期的維護和修復等費用，尤其是它較強的抗拉強度，十分實用于預應力結構，因此，本文將預應力CFRP筋運用于混凝土橋面板中，并通過試驗研究其破壞機理，研究其抗彎承載能力等破壞機理。

　　1 試驗設計

　　共設計3板預應力CFRP筋橋面板試件，均采用C50混凝土澆筑。試件的截面為矩形，板的截面尺寸b和h分別為600mm和150mm。板長均為2200mm，跨度均取2000mm。預應力CFRP筋采用直徑為7mmCFRP筋，根據不同參數采用編號為：PB1、PB2、PB3。非預應力筋，受壓區鋼筋，箍筋均采用普通鋼筋。試件設計參數有：①張拉控制應力，分別為0.4 和0.6 ;②CFRP的根數。試驗各設計參數詳見下表，試驗各設計參數及配筋情況詳見表1[1][2][3][4][5]，表2為混凝土力學性能指標。

　　試驗中加載方式按照結構靜力試驗中單調加載試驗方法進行。試件兩端簡支，通過一個500 kN的MTS液壓作動器和分配梁實現三分點加載，作動器和分配梁之間布置有荷載傳感器，以量測荷載的數值。采用分級加載制度，首先預加載15 kN，開裂前每級增加4 kN，開裂后每級增加8 kN，直至試件破壞。

　　2 試件受力過程

　　所有預應力CFRP筋橋面板其受力大體相同，其受力可概括為以下幾個階段：

　　(1) 加載到初裂階段

　　預應力CFRP筋橋面板底部受拉區混凝土開裂之前試件處于彈性階段。試件的撓度隨著荷載的增加而增長，試件總體變形不大，荷載—撓度曲線呈線性關系。隨著荷載的增加，在該階段末，試件的純彎段內會出現幾條細小的裂縫。試驗結果發現，試件CFRP筋張拉控制應力水平越高，根數越多，開裂荷載就越大。

　　(2) 開裂至屈服階段

　　該階段對應于試件受拉區混凝土開裂，終止于非預應力鋼筋屈服。預應力CFRP筋橋面板板底混凝土開裂后，受拉區混凝土逐漸退出工作，截面的拉應力由CFRP筋和非預應力鋼筋共同承擔。荷載—撓度曲線出現第一個拐點并且偏離原直線。隨著荷載的增加，普通鋼筋、預應力CFRP筋、應變增加較快;純彎段、加載點和剪壓段均有數量不等的裂縫出現，但裂縫高度開展不明顯，所有試驗混凝土板主裂縫高度發展到截面高度的3/5處時便不再向上擴展。

　　(3) 屈服到極限階段

　　該階段開始于非預應力鋼筋屈服，終止于預應力CFRP筋橋面板受壓區混凝土被壓碎。非預應力鋼筋屈服，截面的剛度大幅度下降，撓度的增長迅速，荷載—撓度曲線出現第二個拐點。隨著荷載的增加，預應力CFRP筋橋面板混凝土受壓區被壓碎，試件破壞。該階段裂縫的數量不再增加，但寬度和高度擴展很快。

　　3 試件荷載撓度曲線

　　所有的預應力CFRP筋橋面板荷載—撓度曲線對比如圖2所示。

　　所有試件荷載—撓度曲線對比可得如下結論：

　　從各預應力CFRP筋橋面板PB1，PB2，PB3的對比情況可以看出，在試件屈服以前，各試件的開裂荷載，撓度，屈服荷載均差別不大。增加CFRP筋的預應力水平及預應力度，對試件撓度變形影響不大。在試件屈服以后，CFRP筋混凝土橋面板試件的極限承載力和變形性能隨著CFRP筋的預應力水平和數量的增加而提高。其中提高預應力可以稍微提高極限承載力，減少撓度。增加CFRP筋數量也可以提高試件的極限承載力，明顯的減少撓度，但會降低延性。

　　4 試件裂縫開展

　　預應力為40%的橋面板PB1裂縫前期開展較慢，在正常使用極限階段各裂縫發展較均衡，出現多條高度和寬度相近的主裂縫，并且各級荷載情況下主裂縫交替現象明顯，最后PB1裂縫數目明顯增加，間距減少，但是裂縫寬度較小。預應力為60%的橋面板PB2的裂縫開展情況在橋面板PB1的基礎上又有了明顯的提高，在前期裂縫寬度和高度開展最為緩慢，在整個正常使用階段通過肉眼看不到裂縫有明顯的變化。在后期破壞后，可以看到整個構件的的所有裂縫分布比較密集，裂縫數目最多，裂縫間距最少，并且發展比較均勻，純彎段內各裂縫高度和寬度相差不大，和剪壓段斜裂縫寬度和高度也很接近。橋面板PB2的裂縫發展情況在橋面板PB1的基礎上又有了較大的提升。兩根CFRP筋構件橋面板的PB3，裂縫發展情況比橋面板PB1略好，但是差于橋面板PB2，裂縫數目，間距及寬度介于橋面板PB1和PB2之間。

　　5 結論

　　(1) 從試驗過程可以看出，試件抗彎承載力大體相同的情況下，正常使用極限狀態，隨著CFRP筋預應力水平的提高，預應力CFRP筋混凝土板的受力性能也有所提高。

　　(2) 提高預應力CFRP筋橋面板的預應力度，可一定程度的提高試件的極限承載力，減少撓度，但延性較差，建議增加預應力CFRP筋數量的同時，適當搭配普通鋼筋，以增加延性。

　　(3)預應力 CFRP筋橋面板進行配筋設計時，由于板的截面較大，應充分考慮CFRP筋截面尺寸的大小對板試件撓度、裂縫開展的影響。

　　參考文獻 ：

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