为 研 究 压 缩 薄膜 效应 对 玻 璃 纤 维 增 强 筋 (GFRP)混 凝 土 桥 面 板 工 作 性 能 的影 响 ，结 合 GFRP筋 、钢 筋
混 凝 土 板 的试 验 成 果 ，采 用 有 限 元 法 对 该 类 结 构 进 行 非 线 性 有 限 元 分 析 ，并 将 计 算 结 果 与 试 验 结 果 进 行 对 比 。结
果表 明 ：计算结果与试验结果 吻合 良好 ，所建 立的模型能够 准确地 反映 GFRP筋混 凝土 板的工 作性能及 压缩 薄膜
效 应 ；压 缩 薄 膜 效 应 导 致 结 构 实 际 承 载 能 力 大 于 现 行 设 计 方 法 的 计 算 结 果 ，而 现 行 的 设 计 方 法 由 于 忽 略 了 该 效 应 ，
严 重 低 估 了桥 面 板 的 承 载 能 力 ，进 而 导 致 板 内 的配 筋 率 过 高 ；压 缩 薄 膜 效 应 随 混 凝 土 强 度 和 支 撑 梁 刚度 增 大 而 提
高 ；冲 切 破 坏 可 能 为 桥 面 板 在 轮 胎 荷 载 作 用 下 的主 要 破 坏 模 式 ，建 议 进 行 后 续 研 究 。
关 键 词 ：混 凝 土 桥 面板 ；GFRP；压 缩 薄膜 效 应 ；非 线性 有 限 元 分 析 ；有 限 元 法
中 图分 类 号 ：U443．31 文 献 标 志码 ：A 文 章 编 号 ：1671— 7767(2011)01—0059—05
1 引 言
研究 l】 发 现玻 璃 纤维 增 强 筋 材 (GFRP)的 强度
能够 满 足结构 设计 的要 求 。然 而在 对 国外 已建 成 的
GFRP筋桥 梁结 构心 和现 行 GFRP筋 混凝 土结 构 的
设计 规 范 [3]的研 究 中 发 现 ，现行 的设 计 方 法 导 致桥
面板 的 配 筋 率 过 高 (1．5 ～ 2．8 o,4)。 由 于 GFRP
筋 的价 格 比钢 筋 贵 ，按 现行 规 范设 计 的 GFRP筋混
凝土 桥梁 的整 体 造 价 高 于 同类 型 的 钢 筋 混 凝 土 桥
梁 ]，这使 其无 法在 桥梁 工 程 中更好 地 推广 。
众 所 周知 ，混 凝土 板 的转 动 、轴 向约束会 影 响其
承载 力 ，但 是外 来 的平 面 内 的 约 束对 承 载力 的影 响
却经 常被 忽 略 ，例 如 支 撑 梁 和 加 载 区外 围板 块 的横
向约束 。当荷 载施 加 到一 定 程 度 的时 候 ，加 载 区 的
底部 和板 边界 处 的顶 部 开 始 开 裂 ，截 面 内 的 中性 轴
向受压 区移 动 。 当混 凝 土 板 的末 端 受 到 刚 性 约 束
时 ，压 缩 薄膜压 力 (或 拱 推 力 )便 会 在 混 凝 土 板 内部
产生 。该 薄膜效 应 是混 凝 土材 料抗 压 与抗拉 强 度之
间 的巨大 差异 引起 的 ，其 在 增 加 混 凝 土板 受 压 区高
度 的 同时也 提 高 了混凝 土板 的极 限强度 。
因此 ，本 文 首 先 根 据 现 行 的设 计 方 法 ，对 1组
GFRP筋 和钢 筋混 凝土 简支 板工 作 性能 差 异 进行 试
验 研究 ，然 后结 合 前期 对 钢 筋 混 凝 土 桥 面 板 内压 缩
薄 膜 效 应 的 研 究 [5]，采 用 非 线 性 有 限 元 技 术 对
GFRP筋 混凝 土简 支 板 、受 约 束 的 GFRP筋 混 凝 土
板 和混 凝 土桥 面板 进 行 数 值 分 析 ，研 究 压 缩 薄 膜 效
应 对 GFRP筋混 凝 土结 构工作 性 能 的影响 。
2 GFRP筋和 钢筋 混凝 土 简支 板的试 验研 究
目前 我 国 尚无 专 门 针 对 GFRP筋 混 凝 土 结 构
的设计 规 范 ，在 分 析 现 行 设 计 方 法 __3 和 已建 成 的
GFRP筋 桥 梁 结 构 实 例 _7 后 发 现 ，GFRP筋 混 凝 土
桥 面板 的 承载力 计 算 主 要 考 虑结 构 的抗 弯 强 度 ，而
且 以简 支构 件进 行 结构设 计 。因此本 文进 行 了 1组
宽 300 mm、厚 200 mm 的钢 筋与 GFRP筋 混凝 土简
支 构件 (模 拟 单 跨 单 向桥 梁 面 板 )四 点 加 载 弯 曲试
验 ，对 2种 筋材 构 件 工 作 性 能进 行 比较 。试 验 构 件
参 数见 表 l。

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