FRP筋混凝土抗剪切性能有哪些好的提高方法？

01-11

FRP筋混凝土抗剪承載力低的解決措施，力學性能的研究

難得看到個FRP筋的問題，正好和自己的研究方向有點關係，必須來回答下！

FRP鋼筋已經研究和發展幾十年了，目前廣泛運用的FRP材料有CFRP（碳纖維）和GFRP（玻璃纖維），計算公式每隔幾年都會更新，FRP製造工藝，材料屬性也在不斷提升，首先FRP鋼筋的抗剪機理確實較為複雜，抗剪強度受很多因素影響，在理解FRP鋼筋受力行為之前首先要理解好以下的原理：

1.普通鋼筋混凝土的抗剪基本機理和設計原理

混凝土梁箍筋抗剪的受力機理是什麼？箍筋抗拉能力跟梁的抗剪能力有什麼關係？ - Type transient 的回答

2.FRP鋼筋材料物理屬性和成份

碳纖維有限元分析（靜力學）需要知道哪些參數？ - Type transient 的回答

3.FRP鋼筋與普通鋼筋的區別

是否有材料可以替代鋼筋？ - Type transient 的回答

由於FRP的抗腐蝕性優點，因此研究FRP鋼筋加固混凝土的受力行為研究在結構工程領域具有一定意義，在海港工程和橋樑工程已有不少工程實例，先來談談最大的區別對比普通鋼筋：

由於FRP脆性斷裂特性，施加荷載到最後failure十分突然，延性也不及普通鋼筋，因此設計FRP鋼筋混凝土梁時，用超筋設計（ACI 318美國規範CSA S806加拿大規範），而超筋設計，使混凝土最後壓碎破壞(compression
failure)，在結構崩潰之前，提供了更多的預警，比如較大更寬的裂縫，和大形變（deformation）。

下面主要來說說FRP鋼筋混凝土抗剪特性

我先從抗剪機理來說說，然後結合加拿大規範和美國規範談談什麼因素會影響抗剪強度。

剪力破壞，裂縫模式，相對種類多，而且比較複雜，較為常見的有三種

1.剪－拉破壞（shear-tension failure)

2.剪－壓破壞 （shear-compression failure)

3.彎－剪破壞（flexural-tension failure)

上圖是斜拉應力斷裂，很典型的例子！

簡單來說FRP抗剪強度來自兩個部分：Vc（混凝土自身抗剪力）和 Vfrp（frp箍筋）

先來說說Vc 混凝土自身抗剪力其實來源於三個部分

1. Vcy 是未開裂混凝土提供的抗剪力，大約佔百分之35%

2. Va 骨料內力（interlock force），大約佔百分之45%

3.Vd 抗彎鋼筋銷栓作用，大約佔百分之20%

在說Vfrp（frp箍筋）提供抗剪強度之前，先來談談材料屬性

由於FRP材料的彈性模量（Efrp）是小於鋼筋的彈性模量（之前文章有寫），因此我們expected受力行為將會有較大的strain（larger deformation，而較大的裂縫寬度也會使Va 骨料內力（interlock force）降低。

因此如果只是對比，混凝土自身提供抗剪強度這部分，那麼frp鋼筋混凝土Vc（FRP）是要小於普通鋼筋混凝土Vc（steel）。

Vc（FRP）&< Vc（steel）

下面來說說Vfrp（frp箍筋）提供的抗剪強度！！！

加拿大規範 CSA-S806

The shear resistance of FRP and steel
stirrups VsFand Vss, respectively, should be
calculated according to Clause 8.4.4.9 as follows:

frp箍筋所提供的抗剪強度可由上面公式來計算，我特別想講講這個角度

The angle θ of the compressive stress shall
be calculated as follows:

θ = 30 + 7000 ε?

longitudinal strain (ε?) at the mid-depth of the section

首先這個角度有個範圍區間在30度和60度之間，但是對設計的影響很大，而什麼會導致此角度變化呢? 那就是FRP抗彎鋼筋的直徑！較大直徑會使得角度變小，因此FRP箍筋的抗剪力大小受抗彎FRP抗彎鋼筋的影響，使用直徑較大的抗彎鋼筋，提供的抗剪強度也相對更大，下面給個例子：

梁A抗彎鋼筋用直徑為16毫米FRP筋和梁B用22毫米直徑，兩個梁使用相同間距，相同FRP（直徑約13mm）的箍筋。計算結論：使用22毫米直徑的抗彎筋梁B的抗剪強度更大。

因此回答了題主的一個問題，就是通過增加抗彎鋼筋的尺寸進而提高抗剪強度！

當然還有很多因素會影響抗剪強度，有時間再繼續寫

比如：

1. shear span-to-depth ratio 剪切跨度 - 深度比的影響

2. concrete compressive strength 混凝土抗壓強度的影響

3. shear reinforcement 抗剪配筋

4. the member depth (size effect) 構件深度（尺寸效應）

下回空了，繼續補充！

喜歡就點贊吧！哈哈！打字還是很累的！

Reference：

Code for the Design and Construction of Building Structures with Fibre-Reinforced Polymers. CSA/S806-12