剪力连接程度对体外预应力FRP-混凝土组合梁受力性能的影响：试验研究与有限元分析

论文摘要：

为了解决体外预应力钢-混凝土组合梁中钢梁、体外预应力钢筋、普通钢筋以及钢连接件的锈蚀问题，本文提出一种新型体外预应力FRP型材-混凝土（FRP-PC）组合梁，该梁采用GFRP型材替代钢梁，CFRP筋替代钢绞线，GFRP筋替代普通钢筋，GFRP螺栓替代栓钉。FRP-PC组合梁具有轻质高强、耐久性好和施工便捷等优点，在腐蚀环境下的桥梁工程中具有广阔的应用前景。本文开展了2根大尺度FRP-PC组合模型梁单调静力试验，试验参数为剪力连接程度η（0.8/1.2）。试验结果表明：η为1.2时梁发生型材上翼缘-腹板连接处剪切破坏，η为0.8时梁发生GFRP螺栓连接件剪切破坏；2根组合梁的荷载-挠度曲线分为线弹性段和刚度下降段；组合梁承载力与刚度均随剪力连接度的提高而增加；组合梁受力全过程中界面滑移显著（部分组合作用），但跨中截面混凝土板和GFRP型材分别满足平截面假定，且曲率一致。基于Abaqusv2017有限元软件，建立了考虑界面滑移、FRP型材各向异性和损伤的非线性有限元（FE）模型，通过试验验证了有限元模型的准确性。在此基础上，开展了27根组合梁参数分析，评估剪力连接度、混凝土强度、张拉控制应力、混凝土板宽、混凝土板厚及GFRP型材腹板和翼缘厚度等因素对组合梁受力性能的影响。