2007年--桥梁工程外文翻译--碳纤维增强复合材料（CFRP）筋预应力混凝土梁 时间依存性的特性（译文）

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1、1 中文 9500 字， 7400 单词， 3.5 万英文字符 出处： Zou P X W, Shang S. Time-dependent behaviour of concrete beams pretensioned by carbon fibre-reinforced polymers (CFRP) tendonsJ. Construction & Building Materials, 2007, 21(4):777-788. 碳纤维增强复合材料 (CFRP)筋预应力混凝土梁 时间依存性的特性 Patrick X.W. Zou , Shouping Shang 摘要 由于其非腐蚀性和

2、高的抗拉强度性能，碳纤维增强聚合物（ CFRP）引起了研究者 们的兴趣，展开全球性的研究 CFRP 作为混凝土结构预应力筋或增强物的可行性和有效 性。然而直到现在，这些研究主要以实验测试的形式存在，缺乏的理论体系的提供。本 文首先提出了一种分析方法来预测 CFRP 筋预应力混凝土梁在持续工作条件下，随时间 变化的特性，包括混凝土应变、曲率和挠度以及预应力损失。本文提出了三个说明性的 例子来介绍如何使用这种分析方法来计算随时间变化的混凝土应变，曲率和预应力 CFRP 筋混凝土梁的挠度。结论是，所提出的理论体系适应于 CFRP 筋预应力混凝土梁 的随时间变化的特性分析，因此 CFRP 可以有效地用

3、作预应力筋混凝土梁。 关键词： 碳纤维增强的聚合物；筋；时间依存性的特性；混凝土梁；挠度；应变 2 1 引言 在预应力混凝土受弯构件中，为减少曲率、挠度和开裂的程度，在预应力混凝土中 施加预应力。在一段时间内，由于混凝土的徐变和收缩率降低、以及筋松弛，预应力会 逐渐减小，即随着时间的增加，预应力损失增加。预应力损失导致挠度逐渐增加，影响 其适用性。 如果 FRP 筋作为预应力混凝土钢筋的替代品 ， 这对于理解其随时间变化特性的影响 是十分重要的。筋的材料性能即弹性模量 Ep 和最终松弛百分比 R（或徐变系数， p ）， 极大程度影响了预应力结构的可适应性的。某些 FRP 筋可能比预应力钢丝束易

4、于松驰或 徐变，而其弹性模量小于钢丝束。徐变越高（由于松弛）导致筋预应力损失得越大，同 时弹性模量越小意味着引起依存于时间变形的混凝土的预应力损失越少（由于徐变和收 缩）。在这一点上我们应当注意，本文将集中于碳纤维增强聚合物（ CFRP），由于其具 有低徐变（放松）和高抗拉强度以及适中的弹性模量的优越性能。然而，本文提出的方 法是适用于所有类型的 FRP 筋。 许 多 研 究 人 员 提 供 的 实 验 结 果 表 明 ， FRP 实 际 上 可 以 作 为 预 应 力 混 凝 土 梁 11,1,2,8,1315,6 在工作荷载等级以及在极限状态下的钢的一种有效的替代。然而在提 供合理理论体系

5、用于分析这种梁的随时间变化特性上存在一定的缺口。在本文中，提出 了一种在持续弯曲和轴向力的作用下，确定完全或部分预应力横截面的短期和时间依存 性特性的分析方法。按龄期调整的有效模量法（ AEMM）是用来模拟混凝土的徐变特性 和 FRP 预应力钢筋的松弛特性。这个刚度模型被提出通过在 9 的基础上改为 13 ，用 来计算含开裂梁的有效截面刚度。 3 2 横截面分析法 在荷载条件下，预应力混凝土梁可能会出现两种情况：开裂或保持完好。本节讨论 的横截面分析的方法，包括未开裂截面和开裂截面。 2.1 分析方法测定 首先计算导致弯拉开裂所需的开裂弯矩 M cr ，这是用于选定未开裂截面分析或完全 开裂截

6、面分析。（第一次发生开裂时的弯矩被称为开裂弯矩。 ）如果梁横截面工作时的弯 矩 M s 小于开裂弯矩 M cr ，选用无裂缝截面分析，其他时候必须使用完全开裂截面分析。 开裂弯矩 M cr 的计算使用下面的公式： M cr Pe e f r Z b Ag 1其中 Pe 是有效预应力； e 是预应力筋总截面偏心距； f r 是混凝土抗弯强度； Ag 截面 总面积； Z b 是截面模量。 2.2 未开裂预应力截面短期分析 未开裂横截面短期分析是通过把黏钢加固和筋转换 成混凝土等效面积，执行很简 单，即在相等的混凝土截面进行弹性分析。 换算截面如图 1 所示。 图 1 实际和转换的无裂缝截面 毛条纤维的换算截面面积 A 、 一阶面积 B 和二阶面积 I 分别表示为如下方程： A bD