在玻璃纤维筋(GFRP筋)混凝土结构的抗剪承载力计算中,忽略筋材的抗压贡献主要基于以下原因:
玻璃纤维筋由树脂基体和玻璃纤维组成,其力学性能具有显著的各向异性:
抗拉强度高:GFRP筋的抗拉强度可达普通钢筋的1.5~2倍,这是其替代钢筋的主要优势。
抗压强度低:其抗压强度仅为抗拉强度的 ,且受压时易发生纵向劈裂或纤维屈曲破坏。
这种特性导致GFRP筋在受压时无法像钢筋那样通过屈服或硬化提供稳定的抗压承载力。
钢筋混凝土结构的抗剪破坏通常伴随斜裂缝开展和箍筋屈服,钢筋的抗压贡献通过销栓作用(Dowel Action)体现。但GFRP筋混凝土结构的破坏模式存在显著差异:
斜裂缝开展更剧烈:GFRP筋弹性模量低(约为钢筋的 ),对裂缝开展的约束作用弱,斜裂缝宽度更大、分布更分散。
筋材易剥离:GFRP筋与混凝土的粘结强度较低(约为钢筋的 ),受压时易因界面剥离而失效。
抗压贡献失效:即使GFRP筋未完全剥离,其受压时也难以通过屈服或硬化消耗能量,反而可能因脆性破坏加剧结构损伤。
现有抗剪承载力计算模型(如修正压力场理论、桁架-拱模型等)均基于以下假设:
箍筋仅提供抗拉贡献:通过限制斜裂缝宽度和传递剪力。
混凝土提供抗压贡献:通过斜压杆机制抵抗剪力。
若考虑GFRP筋的抗压贡献,需引入复杂参数(如筋材-混凝土界面粘结性能、筋材受压本构关系等),但这些参数的离散性极大,且缺乏足够的试验验证。为简化计算并保证安全性,规范通常直接忽略GFRP筋的抗压贡献。
中国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2020)、美国《ACI 440.1R-15》等标准均明确规定:
在GFRP筋混凝土结构的抗剪承载力计算中,仅考虑箍筋的抗拉贡献,忽略其抗压贡献。
这一规定基于大量试验研究和工程实践,旨在避免因高估GFRP筋抗压性能而导致结构安全储备不足。
通过对比试验与理论计算结果发现:
试验值与计算值吻合良好:忽略GFRP筋抗压贡献的计算模型能准确预测结构抗剪承载力(误差通常在 以内)。
考虑抗压贡献反而不安全:若强行引入GFRP筋抗压项,计算值可能偏高 ,与实际破坏模式不符。
因此,从工程应用角度,忽略GFRP筋的抗压贡献是合理且必要的。