劉志威 丁冰雙

摘 要：目前，沿海城市修建的大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁越來(lái)越多，然而海洋環(huán)境對(duì)鋼筋的銹蝕給結(jié)構(gòu)帶來(lái)很多問(wèn)題。GFRP筋具有良好的耐腐蝕性，用GFRP筋取代鋼筋能很好地解決鋼筋易銹蝕的問(wèn)題。主要通過(guò)ABAQUS模擬分析預(yù)應(yīng)力GFRP筋混凝土板的受力性能，并與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板進(jìn)行對(duì)比，最后提出一些改進(jìn)混凝土板受力性能的措施。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境;GFRP筋;鋼筋;預(yù)應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TB ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.23.105

近些年，沿海城市修建的大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁越來(lái)越多，海水的蒸發(fā)使得沿海城市的鋼筋混凝土構(gòu)件處于海洋環(huán)境中。海水中鹽的含量占3%左右，且富含Cl—?；炷恋母邏A性環(huán)境使鋼筋表面產(chǎn)生一層致密的鈍化膜，而Cl—是極強(qiáng)的去鈍化劑，Cl—吸附于鈍化膜處，使得pH值迅速降低，從而破壞鋼筋表面鈍化膜。鐵基體作為陽(yáng)極受到腐蝕，大面積鈍化膜區(qū)域作為陰極。由于是大陰極對(duì)應(yīng)小陽(yáng)極，鋼筋的腐蝕速度很快。鋼筋銹蝕體積膨脹，嚴(yán)重影響鋼筋的工作性能和使用壽命，類似的案例屢見(jiàn)不鮮。而GFRP筋具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，各項(xiàng)性能與鋼筋比較類似，能較好地解決鋼筋銹蝕的問(wèn)題。另外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有抗裂性好、減小自重等優(yōu)點(diǎn)，在大跨度橋梁中應(yīng)用廣泛。但是目前，國(guó)內(nèi)對(duì)預(yù)應(yīng)力GFRP筋混凝土的研究較少，因此本次研究十分必要。

1 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、GFRP筋的特點(diǎn)

1.1 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）抗裂性好;（2）節(jié)省材料，減小自重;（3）提高構(gòu)件的耐疲勞性能。缺點(diǎn)：（1）工藝較復(fù)雜，對(duì)質(zhì)量要求高;（2）需要有一定的專門(mén)設(shè)備。

1.2 GFRP筋的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1） 較強(qiáng)的耐腐蝕性;（2）比強(qiáng)度高。缺點(diǎn)：（1）各向異性;（2）熱固性材料。

2 預(yù)應(yīng)力GFRP筋混凝土板和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板的對(duì)比分析

本文通過(guò)有限元軟件ABAQUS對(duì)預(yù)應(yīng)力GFRP筋混凝土板和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板進(jìn)行模擬，對(duì)比分析兩者的受力性能。

2.1 試件的分組

我們將構(gòu)件分為兩組：一組構(gòu)件配置GFRP筋;另一種構(gòu)件配置鋼筋，其中預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板作為對(duì)照組。為了驗(yàn)證配筋率和混凝土強(qiáng)度對(duì)混凝土板受力性能的影響，配置GFRP筋的構(gòu)件再分為以配筋率不同和混凝土強(qiáng)度不同的四組。各組構(gòu)件除了上面提到的差別外，其他參數(shù)均相同，具體分組情況如下：

第A1組：配置8*Φ18 的GFRP筋，選用C30混凝土。

第A2組：配置16*Φ18 的GFRP筋，選用C30混凝土。

第A3組：配置32*Φ18 的GFRP筋，選用C30混凝土。

第A4組：配置16*Φ18 的GFRP筋，選用C40混凝土。

第B組：配置16*Φ18 的鋼筋，選用C30混凝土。

各組構(gòu)件的梁內(nèi)均配備24*Φ32的鋼筋，各組都按構(gòu)造要求配置箍筋。

2.2 混凝土板、梁的具體尺寸

2.3 模型的建立

2.3.1 模型的簡(jiǎn)化

忽略梁以下的構(gòu)件，對(duì)梁底部設(shè)置固定約束，忽略了板內(nèi)的構(gòu)造鋼筋。

2.3.2 定義接觸

縱筋及箍筋與混凝土的關(guān)系采用embedded的約束條件，板與梁的接觸定義為鉸接。

2.3.3 定義預(yù)應(yīng)力

采用降溫法定義預(yù)應(yīng)力，即在GFRP上筋施加降溫荷載，使GFRP筋收縮，通過(guò)GFRP筋與混凝土之間的連接將GFRP筋的收縮應(yīng)變傳遞到混凝土材料中去，從而使混凝土獲得預(yù)應(yīng)力。本次模擬在筋材上施加的溫度荷載為降溫25度，模型如圖1所示。

2.4 結(jié)果的處理

2.4.1 極限承載力

設(shè)置Static，risk的分析步，在板上施加1KN/m的均布荷載，作為荷載幅值。

2.4.2 跨中撓度

通過(guò)在混凝土板上施加5KN/m2的均布荷載，計(jì)算跨中撓度。

由表2可以看出：相同條件下，預(yù)應(yīng)力GFRP筋混凝土板（A2）的極限承載力略小于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板（B），跨中撓度略大于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板（B）。通過(guò)對(duì)比A1、A2 、A3、A4的結(jié)果，可以看出增大GFRP筋的配筋率和提高混凝土強(qiáng)度時(shí)，可以提高預(yù)應(yīng)力混凝土板的極限承載力，減小混凝土板跨中的撓度。

3 結(jié)論

對(duì)于處于海洋環(huán)境的預(yù)應(yīng)力混凝土板來(lái)說(shuō)，使用GFRP筋能有效解決鋼筋易銹蝕的問(wèn)題，提高混凝土板的工作性能和使用壽命。而且通過(guò)上述分析，配置GFRP筋和配置鋼筋的預(yù)應(yīng)力混凝土板的受力性能相差不大，我們也可以通過(guò)適當(dāng)增大配筋率、提高混凝土強(qiáng)度等措施改善預(yù)應(yīng)力混凝土板的受力性能。因此在海洋環(huán)境中，我們可以嘗試用GFRP筋替換鋼筋應(yīng)用到預(yù)應(yīng)力混凝土板中。

參考文獻(xiàn)

[1]劉志威.裝配式FRP筋混凝土節(jié)點(diǎn)研究[J].建材世界，2016.

[2]趙滿，劉賀，李平.FRP加固預(yù)應(yīng)力混凝土梁裂縫分析方法[J].四川建材，2018.

[3]房棟.體外預(yù)應(yīng)力FRP筋加固RC單向板計(jì)算方法[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2017.