1.1　FRP-混凝土组合梁受力原理

　　FRP-混凝土组合梁、板的设计概念与钢-混凝土组合梁、板相同：上部混凝土主要受压，下部为FRP构件主要受拉，它们之间通过剪力连接件协同工作。这样既使FRP得到充分利用，又可以获得较大的刚度。FRP组合梁、板中FRP梁的形式多种多样，从制作工艺来看，有手糊FRP梁，也有拉挤FRP型材梁；从FRP梁的截面形状来看，有箱形梁、工字形梁、槽形梁和管状梁等；从FRP材料的种类来看，目前研究较多的为GFRP和CFRP。
    FRP-混凝土组合梁、板主要用于桥梁上部结构。北京密云建成了上座FRP公路桥，为FRP-混凝土组合箱梁桥。2002年，澳大利亚建成了一座跨度为10m的FRP-混凝土组合梁桥。2005年，西班牙建成了一座跨度150英尺的FRP-混凝土组合箱梁桥。

1.2　组合形式

　　典型的FRP-混凝土组合梁结构形式为下部采用FRP型材抗拉，上部采用混凝土板抗压，中间通过一定的方式传递剪力达到组合作用(主要通过环氧树脂粘结剂、剪力连接件和机械咬合力等传递剪力)。
　　从所使用的FRP材料的种类来看，国内外现有的FRP-混凝土组合梁研究中，FRP型材多采用GFRP，因其具有较高的经济性。也有的研究者将CFRP应用到组合梁下翼缘，利用其良好的抗拉强度和较大的弹性模量增强组合梁的抗弯性能。以下组合梁形式的介绍中，如无特别说明，FRP材料均为GFRP。
　　从截面形式来看，现有文献中FRP和混凝土的组合形式多种多样。采用的FRP型材主要有工字形、箱型、方管、槽形以及FRP异形板等。大多数FRP-混凝土组合梁都采用上部混凝土板，下部FRP梁的形式。但也有的将混凝土浇筑在FRP管内，形成FRP管约束混凝土梁，且FRP管兼作混凝土模板，还有将上述两种方式相结合的。
　　采用工字形FRP梁与混凝土组合的组合梁形式主要有两种，如图11.1―1所示，采用的FRP梁主要为拉挤FRP工字型材。研究这类组合梁的主要有Nordin、Branco和段世昌等人。Nordin和Branco研究的组合梁下部为FRP工字型材，上部为混凝土，见图11.1―1(a)。段世昌提出了FRP工字梁和混凝土的另一种组合形式，见图11.1―1(b)。这种形式的组合梁将工字形GFRP浇注于混凝土中，类似于钢骨混凝土梁。但由于工字FRP腹板的抗剪能力较弱，很多研究者采用箱型、管状及槽形等双腹板FRP形式。

　　箱形FRP-混凝土组合梁可在腹腔中填充聚合物泡沫，防止屈曲，也可在箱形梁底部用CFRP增强，用以提高刚度和承载力。Deskovic提出了GFRP-混凝土箱梁底部贴CFRP层进行破坏预警。Fam等人则在下部的FRP管中浇入混凝土。
　　与箱型FRP管与混凝土组合类似的，Ribeiro提出了槽形FRP型材和聚合物混凝土组合梁的形式，如图11.1―2所示。

　　由于FRP材料容易成型的特点，且FRP拉挤型材工艺的日渐成熟，可以生产形状多样的异形FRP型材，为出现更多的FRP与混凝土组合形式创造了条件。各种形式的FRP与混凝土组合板的研究也越来越多。Hall和Keller等人提出了用异形FRP型材和混凝土组合的组合梁、板形式。

1.3　FRP-混凝土的剪力传递方式

　　FRP-混凝土组合梁的结构形式为下部采用FRP型材抗拉，上部采用混凝土板抗压，FRP梁和混凝土之间的界面要有可靠的措施来传递两种材料之间的纵向剪力。在组合结构中，合理的剪力传递方式是组合构件能够充分发挥组合作用的必要保证。因此，剪力传递方式是FRP-混凝土组合梁研究的关键。
　　现有文献中的剪力连接形式主要有：表面摩擦力、锚栓、机械咬合、FRP剪力件和环氧粘结等。表面摩擦力即只依靠混凝土和FRP之间的自然摩擦力传递剪力，有的组合梁里在FRP上设置纵肋以增大摩擦面积；锚栓即用钢螺栓或FRP榫钉等作为剪力连接件传递剪力；机械咬合指利用FRP模板上的横向凹凸肋来传递剪力；FRP剪力连接件通过直接成型或粘结的方式设置在FRP模板上，传递混凝土和FRP之间的剪力；环氧粘结即在混凝土和FRP之间采用环氧粘结剂进行粘结，分为湿法粘结和干法粘结两种，通常采用湿法粘结，即在FRP模板上涂刷粘结剂，而后浇筑混凝土，干法粘结是指混凝土浇筑养护以后再用粘结剂直接粘结到FRP上。
　　从文献中搜集到的FRP-混凝土组合梁采用的剪力连接方式如表11.1―1所示。

　　现有文献中，对剪力连接方式进行了专门研究的主要有Canning，Nordin，Fam，Branco和段世昌等人。研究剪力连接性能的试验方法有两种，一种是推出试验，另一种是梁式试验。
　　Canning通过梁式试验比较了6种不同剪力连接方式的性能。这6种方式分别为：在FRP上设突肋进行机械咬合；用环氧树脂将养护好的混凝土直接粘贴在FRP梁上；在FRP梁上设螺栓作为剪力连接件；通过负压和注射两种方式将粘结剂填充在FRP和混凝土之间的空隙；混凝土浇筑前在永久模板上涂刷粘结剂。Canning的试验结果表面，组合作用好的是几种粘结环氧树脂的方法；设螺栓的方法也基本能保证FRP和混凝土的组合作用，但加载过程中界面滑移较大，且组合梁的抗弯刚度不如采用树脂粘结的梁；机械咬合的方法则不可靠，且界面破坏的荷载不好预测。
　　Nordin嘲通过组合梁试验比较了螺栓和涂刷环氧树脂两种方法。试验结果表明两种剪力连接方式都能有效传递界面剪力，但采用环氧粘结的梁抗弯刚度更大。
　　Farm采用GFRP榫钉作为剪力连接件传递混凝土和GFRP方管梁之间的剪力，并通过推出试验研究这种剪力连接件的性能。试验表面，在GFRP方管梁中填充混凝土，使榫钉两端均嵌固在混凝土中，榫钉的剪力连接作用比在空方管混凝土组合梁中更好，因为在后者中，FRP翼缘不能提供对榫钉足够的固定。
　　Branco嘲采用螺钉作为剪力连接件，并通过推出试验得到了螺钉的极限抗剪承载力。
　　另外，段世昌提出的类似于劲性混凝土的组合梁中，由于FRP工字梁包裹在混凝土中，FRP和混凝土接触界面面积较大，直接采用界面自然粘结力和摩擦力来传递剪力，并通过拔出试验得到了界面剪切强度。
　　Keller的组合板为带T肋的异形板，T肋可以作为剪力连接件传递剪力。也可通过在FRP梁上粘贴各种形式的剪力连接件，如粘贴FRP小工字来传递纵向剪力。
　　现有文献中的剪力连接形式很多，但有些并不适合在实际工程中采用，如将混凝土养护以后直接粘结到FRP上等。综上所述，在工程中可行的剪力传递方式主要有：机械咬合、螺栓、FRP梁上涂刷粘结剂再浇筑混凝土、通过直接成型或粘结的方式在FRP梁上设置FRP剪力连接件。
　　从已有的研究可以看出，机械咬合的方式效果较差，且破坏荷载难以计算。采用螺栓作为剪力连接件的组合梁加载初期主要依靠FRP和混凝土界面的自然粘结力和摩擦力来传递纵向剪力，当自然粘结力和摩擦力无法传递足够的剪力时，界面发生滑移，螺栓开始发挥作用。所以采用螺栓作为剪力连接件的组合梁在承载过程中界面滑移较大，组合梁的抗弯刚度比粘结的方法略小，但仍能提供界面所需的剪力，不失为一种有效的剪力连接方法，然而螺栓打孔施工较复杂。涂刷粘结剂的方法能有效地保证组合作用的发挥，加载过程中界面相对滑移很小，组合梁抗弯刚度较大，且施工较为方便，但是破坏呈脆性。