摘要：在定义FRP筋混凝土梁两种破坏模式的基础上，给出了界限配筋率及极限弯矩的计算公式，建立了FRP筋混凝土梁的正截面计算方法。
    为了解决普通钢筋的锈蚀问题，近年来使用FRP筋来替代普通钢筋成为研究的热点，国内外许多研究成果已证明将FRP筋运用于实际工程应用中是可靠的。但由于FRP筋具有线弹性的应力－应变关系，在使用目前的普通钢筋混凝土规范的有关计算公式时其“屈服强度”的取值问题是一大障碍，必须定义FRP筋的“等价屈服强度”或“名义屈服强度”。虽然Navvy及Neuwerth、Faza及GangaRao等人均进行了大量的研究，并提出了有关建议，但所建议的方法中均需要通过试验获取钢筋的实际应力值，不利于直接设计。另外，从延性的角度出发，对于FRP筋混凝土梁正截面破坏模式的确定也还存在争议，考虑的影响因素也不够全面。
    本文在定义FRP筋混凝土梁两种破坏模式的前提下，参考国外的有关规范及研究成果，对FRP筋混凝土梁正截面承载力的设计计算方法进行了研究，给出了具体的设计建议。
1  基本假定及破坏模式
    假定：①FRP筋与混凝土之间的粘结完好；②不考虑剪切变形，可通过设置足够的抗剪钢筋来防止出现早期的剪切破坏。其余假定与现行普通钢筋混凝土规范相同。
    本文建议FRP筋混凝土梁两种可能的破坏模式为:混凝土压环前FRP筋先拉断及FRP筋拉断前混凝土先压碎，虽然许多人更倾向于混凝土先压碎的破坏模式，但大量研究成果证明，上述两种破坏模式都是可以接受的。
2  界限配筋率的计算
    所谓“界限配筋率”，即，当FRP筋混凝土梁出现FRP筋拉断及混凝土压碎同时发生时的截面配筋率。对于双筋截面：
   
    其中，为双筋截面梁中的FRP筋的界限配筋率，；h0为从CFRP筋合力作用点计算的截面有效高度。参照我国现行混凝土设计规范，P_b可按下式计算：
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    其中，fc为混凝土的轴心抗压强度；ffu为FRP筋的极限抗拉强度；Ef为受拉FRP筋的弹性模量；Ecu为混凝土的极限压应变，取0.003；al、B1，的取值参照现行混凝土结构设计规范。
    为受压FRP筋的应力值，可通过下式计算：
   
    如果受压FRP筋的破坏先于整个截面的破坏，即：，则计算时可忽略受压FRP筋的。其中，为截面受压边缘至受压筋合力点的距离；为受压FRP筋的极限应变；E_fu为受拉FRP筋的极限应变。
3  极限弯矩计算的建议公式
3.1  出现混凝土先压碎时的极限弯矩计算(破坏模式1)
    当P时，破坏模式为混凝土的压碎先于FRP筋拉断，如图1所示。如果受压筋在构件达到极限承载力前没有破坏，则受压区高度x可通过平衡方程及变形协调条件得到：
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    当x值确定后，MR即可求得：
   
    式中，Y为Park and Paulay提出的受压混凝土合力点位置系数，即：
   
    如果受压的FRP筋在混凝土压碎前已破坏，则公式(4)和公式（5)中有关受压FRP筋的参数可忽略。
3.2  出现FRP筋先拉断时的极限弯矩计算(破坏模式2)
    根据应变协调关系，如果出现FRP拉断的破坏模式，则受压筋及梁受压外侧纤维的混凝土的应变值是与FRP筋受拉极限应变有关的，如图2所示。
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    如果受拉筋拉断时FRP受压筋未发生受压破坏，则受压区高度x可通过下式计算：
   
    受压区高度x确定后，Mn即可计算：
   
    若受压FRP筋在受拉FRP筋拉断前先破坏，则公式（7）及(8)中与受压筋相关的参数可忽略。
4  计算值与试验值的对比
    为了验证上述极限弯矩计算建议公式的正确性，选用了本课题组及文献所完成的各两根FRP筋单筋非预应力梁的试验结果，并与按上述建议公式的计算值进行了对比。试验梁的配筋以及截面尺寸如表1所示，计算结果与试验结果的对比如表2所示。
   
    
    可以看出，无论是本文试验梁还是文献试验梁，其按建议公式的计算值与试验值之间吻合均较好，故使用建议设计公式进行实际工程的设计是合适的。
5  小 结
    在明确FRP筋混凝土梁两种破坏模式的基础上，提出了“界限配筋率”的定义”及计算公式，从而进一步给出了FRP筋混凝土梁正截面承载力的设计计算方法，对工程实际有着具体的指导意义。