纤维筋或钢筋,在这里以(纤维/钢)筋表示。当一(纤维/钢)筋混凝土梁沿梁长方向均布荷载,(纤维/钢)筋与混凝土无粘结,也无锚固的简支状态[图2.11(a)]时,此梁在很小的荷载作用下就会发生脆性折断,因为此时的(纤维/钢)筋并不受力(σb=0)。相当于只有素混凝土承受拉应力,而混凝土属脆性材料,抗拉性能很差,因此,很容易被折断。若梁内(纤维/钢)筋与混凝土无粘结,但在端部设置机械式锚具,此梁在荷载作用下钢筋应力沿全长相等(σb=常量),承载力有很大提高,但其受力宛如二铰拱[图2.11(b)],不是“梁”的状态。只有当(纤维/钢)筋应力沿全长(包括端部)与混凝土可靠地粘结,在荷载作用下,此梁的(纤维/钢)筋应力随截面弯矩而变化[图2.11(c)],才符合“梁”的基本受力特点。梁受荷后,在支座与集中荷载之间的弯剪段内,(纤维/钢)筋与混凝土接触面上将产生粘结应力,通过它将拉力传给(纤维/钢)筋,使(纤维/钢)筋与混凝土共同受力,成为(纤维/钢)筋混凝土梁。
图2.11 (纤维/钢)筋的粘结和锚固状态
(a)无粘结,无锚具;(b)无粘结,端部锚具;(c)沿全长和端部粘结可靠;(d)平衡条件
表2.16 梁试验得到的纤维聚合物筋(GFRP)、钢筋(steel)与混凝土的粘结强度[48] 单位:MPa
注 τu0.01、τu0.1、τu0.2和τumax分别是纤维聚合物筋(GFRP)、钢筋(steel)在滑移为0.01、0.1、0.2mm和破坏时的平均粘结强度,单位MPa。
由表2.16所显示的数据可以看出:当直径、滑移相同时、玻璃纤维聚合物筋混凝土的平均粘结强度比钢筋混凝土的平均粘结强度低,极限粘结强度约为钢筋混凝土极限粘结强度的55%~87%,其降低程度与纤维聚合物筋的直径有关;玻璃纤维聚合物筋混凝土在滑移为0.1mm和0.2mm时的粘结强度分别是其极限粘结强度的53%~79%和78%~89%。另外,玻璃纤维聚合物筋混凝土的粘结强度随着直径的增加而迅速地减小。(www.daowen.com)
出现上述差别,即在直径(db)、埋长(10db)相同的条件下,纤维聚合物筋(GFRPR)与混凝土的平均粘结强度大约是钢筋混凝土粘结强度的0.73~0.90倍,主要是因为GFRPR的表面比钢筋光滑所致,换句话说,GFRPR没有钢筋的表面螺纹、凸肋或横肋深,于是在GFRPR的粘结力中摩阻力与机械咬合力比钢筋小,最终造成GFRPR的粘结强度逊于钢筋与混凝土的粘结强度。
如果在设计要求下,使纤维筋与混凝土的粘结强度达到乃至超过钢筋与混凝土的粘结强度,一种办法是增加纤维筋的数量,这是显而易见的,问题是不能让造价超标;另一种解决途径是减少纤维的直径或增加纤维筋的锚固长度,参考文献[48]建议纤维锚固的最小长度取20db和381mm中的较大值。
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