浅析含阻裂增强层的复合钢筋混凝土结构设计

大量室内实验与工程实践表明，普通钢筋混凝土结构的使用性能不佳和适用范围受限与裂纹不加限制地发展有着直接关系，要想改善普通钢筋混凝土结构的使用性能，就必须寻求有效的裂纹控制方法。接下来我们就看来

一、裂纹对钢筋混凝土结构的危害

裂纹是固体材料中的某种不连续现象。主要有骨料与水泥石的粘结面上的粘结裂纹、水泥浆中的裂纹以及骨料裂纹。近代的混凝土的微观研究表明：微裂纹的扩展是材料破损程度的标志，同时，微裂纹的存在也是一种材料本身固有的物理性质。因而，裂纹在钢筋混凝土结构中的存在有其必然性。但是如果裂纹不加限制地发展，不仅会导致结构的最终破坏，还会对结构的正常使用也会产生诸多不利影响。主要表现在：

1、钢筋、混凝土受力状态的变化

钢筋混凝土结构开裂比较严重后，钢筋和混凝土的粘结在裂纹附近遭到严重破坏。粘结破坏的结果：一方面，使裂纹处的混凝土由原来的一个整体变为破碎的联系不强的各部分；另一方面，使钢筋在局部范围拉长很多，钢筋应力的增长很大。同时，由于裂纹的过渡发展，使得上部混凝土受压区高度很小，混凝土压应力值较高。

2、抗剪能力降低

钢筋混凝土结构的抗剪能力很大程度上取决于结构中混凝土的整体性，当钢筋混凝土结构开裂比较严重后，混凝土被裂纹分割成许多支离破碎的独立部分，混凝土的整体性明显下降，对于结构截面而言，参与抗剪的混凝土的净面积减小，因此，结构的抗剪能力也随之下降。

二、含阻裂增强层的复合钢筋混凝土结构的优势分析

传统预应力混凝土结构成功解决了混凝土过早开裂的问题，提高了结构的抗裂度和刚度；同时有效地利用了高强材料。但是传统预应力结构存在一些缺点：①工艺较复杂，对施工质量要求甚高。②需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。③预应力混凝土结构的开工费用较大，对于跨径小、构件少的工程，成本较高。那么是否有其他简单、经济的方法，既能提高钢筋混凝土结构的抗裂性能，同时又能充分发挥高强材料的优势？大量实验结果表明，同等条件下，含阻裂增强层的复合钢筋混凝土结构与普通钢筋混凝土结构相比，具有更加优越的力学性能。

三、 含阻裂增强层的复合钢筋混凝土结构的设计

1、混凝土材料的选择

高强混凝土相比普通混凝土具有强度高、变形小的特点，在相同荷载条件下，可减少构件截面尺寸，降低结构自重。由于恒载的显著减轻，较长的跨度在技术、经济上就成为可能。除了上述优点外，高强混凝土还具有密实性好、耐久性好等优点。因此，复合钢筋混凝土结构中的混凝土应尽可能的选用高强混凝土。

2、钢筋材料的选择

预应力混凝土之所以具有魅力，不仅是因为由于通过控制裂纹和变形改善了结构在使用荷载下的工作特性，更是因为其可以有效的利用高强钢筋，充分发挥高强材料的优势，从而可以使用小而轻的构件。这样，混凝土结构的应用范围也就大大扩大了。而对于我们所研究的新结构来说，由于裂纹的发展得到有效控制，使得高强钢筋的应用得以实现，从而可以减小新结构自重，恒载与活载比例减小，跨度就可以增大。因此，复合钢筋混凝土结构在选择钢筋类型时宜选用高强钢筋。

3、阻裂增强层的选择

混凝土的弹性模量一般为23～36GPa,CFRP的弹性模量一般为210GPa左右。因此，阻裂增强层选用玻纤维增强塑料（CFRP）时，由于混凝土与CFRP相差一个数量级，相互之间的弹模极不匹配，使得两者之间的变形不协调，界面剪力过大，容易发生端部混凝土保护层剥离破坏和端部界面剥离破坏。这里首先介绍两个概念。界面连结也就是指界面粘结情况。

界面强连结是指界面连结强度（粘结强度）高于被连结的两物体中任一物体的剪切强度（若界面为剪切破坏）或拉伸强度（若界面为拉伸破坏），界面强连结的破坏特征表现为被连结的物体（或者其中之一）在连结界面附近的破坏，而不是界面本身的破坏；界面弱连结是指界面连结强度低于被连结的两物体的强度（剪切强度或拉伸强度），界面弱连结的破坏特征表现为界面本身的破坏。

4、粘结剂的选择

树脂兼作FRP复合材料的基体和FRP与混凝土间的粘结剂。对于新结构而言，树脂的粘结作用非常重要，一般选用环氧树脂作为粘结剂。为了保证FRP和混凝土之间能够很好地共同工作，要求用于粘贴FRP的粘结剂的抗剪强度满足一定要求。在新结构的实际应用中可以用混凝土的剪切强度来对粘结剂的粘结强度进行控制，使粘结剂的抗剪强度大于混凝土的剪切强度即可。

相信经过以上的介绍，大家对含阻裂增强层的复合钢筋混凝土结构设计也是有了一定的认识。欢迎登陆鲁班乐标，查询更多相关信息。