全玻璃纤维增强树脂筋混凝土电缆排管的抗弯试验

随着国民经济的快速发展， 为解决城市电网建设与土地供求的矛盾以及考虑到环境景观需求， 电网由架空线形式转入地下电缆形式， 其敷设方式主要有电缆沟、 排管、 电缆隧道等形式。其中电缆排管以可预制、 施工快速、 结构形式合理等特点得到了广泛认同和使用[1-5]。

这里所提出的采用纤维增强树脂基复合材料(FRP)筋混凝土电缆排管， 可以解决现役钢筋混凝土电缆排管使用金属件引起的能量损耗问题， 从而提高电缆载容量。全FRP筋混凝土电缆排管的设计计算方法目前还没有相关的报道。包括中国在内等多个国家虽已制定了相关的FRP筋混凝土规范， 但这些规范均针对实心混凝土结构， 它们是否适合电缆排管的设计计算还需深入研究。

与钢筋混凝土结构相比， FRP筋混凝土结构的研究历史较短， 大部分文献发表于上世纪90年代后。文献综述仅限于FRP筋混凝土梁的抗弯承载力研究方面。Brown等[6]以及Al-Salloum等[7]通过对简支梁的试验研究发现， 玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)筋混凝土梁的正截面抗弯性能与钢筋混凝土梁相近， 其设计承载力可采用钢筋混凝土梁的设计方法计算， 在相同荷载下， GFRP筋梁的竖向挠度值更大。Benmokrane等[8]通过试验比较了钢筋混凝土梁和FRP混凝土梁受弯时的多项性能指标， 包括裂缝、 挠度、 刚度等， 指出仅需对美国钢筋混凝土规范相关计算公式中的若干参数作简单调整， 即可将其用于FRP混凝土梁的计算。Thériault等[9]指出， 超过平衡配筋率后， FRP筋混凝土梁的正截面承载力随着配筋率的降低而降低， 其下限值为混凝土受压破坏时的承载力。Toutanji等[10]的试验表明， 对美国规范ACI 440.1R-01中公式参数进行调整后， 单排配置GFRP 筋混凝土梁的正截面抗弯承载力计算方法同样适用于双排配置GFRP 筋的情况。Vijay等[11]用能量吸收的概念揭示了GFRP筋混凝土梁受弯时的受力机制。El-Nemr等[12]对采用高强混凝土的GFRP筋混凝土梁受弯性能进行了试验研究， 结果表明采用高强混凝土后能提高刚度及开裂弯矩， 更高的混凝土强度和配筋率使裂缝条数更多更细小。最近， Goldston等[13]研究了在冲击荷载作用下GFRP筋混凝土梁的动态承载力性能。

国内学术界早期较为关注FRP加固， 近年来涌现出FRP筋混凝土结构的报道。高丹盈等[14]通过试验研究发现， 配筋率对GFRP 筋混凝土梁的开裂弯矩影响有限， 并提出了开裂弯矩的计算方法。张海霞等[15]指出， FRP筋混凝土梁在开裂前与配筋率相对无关， 而开裂后其极限承载力随配筋率提高而增加， 并与GFRP筋梁的实验结果进行了对比验证。张海霞等[16]指出GFRP筋混凝土梁的破坏模式表现为受拉破坏、 平衡破坏和受压破坏三种， 并通过总结2005年前的部分国内外试验数据， 推导得到正截面极限承载力计算公式。郑永峰等[17]建议采用超筋设计方法， 使FRP筋混凝土构件受弯时发生受压破坏， 同时认为发生受拉破坏时， 其极限抗弯承载力计算关键在于合理选取FRP 筋名义抗屈服强度， 一般建议取极限强度的70%～80%。翁春光等[18]通过试验研究指出， GFRP筋混凝土梁承受弯曲荷载时可不考虑受压区的GFRP筋作用， 提出开裂弯矩的计算公式。薛伟辰等[19]针对FRP 筋混凝土梁的正截面抗弯承载力提出了较为系统的设计理论， 引入了FRP筋“名义屈服强度”的概念与相应确定方法， 并被规范所采用。王作虎等[20]对有粘结和无粘结两种预应力FRP筋混凝土梁的抗弯性能进行了研究， 并推导了相关的抗弯承载力计算方法。朱虹等[21]对FRP筋混凝土梁的刚度进行了试验研究， 并指出现有规范高估了FRP筋混凝土梁的短期抗弯刚度。

本文设计制作了多个小尺寸电缆排管试件， 对GFRP筋应用于混凝土电缆排管后的构件正截面抗弯承载力进行相关试验研究， 包括应变分布规律、 开裂弯矩、 极限承载力、 裂缝宽度等。分析了配筋率对承载力的影响规律， 并提出了相关的GFRP筋混凝土电缆排管的承载力计算方法， 最后通过足尺电缆排管试件的抗弯试验， 验证了该计算方法的可靠性。研究成果为该类型新型排管在今后工程中的推广与应用奠定了基础。

1 实验方法

试验主要研究GFRP筋混凝土电缆排管的抗弯性能， 当出现电缆排管受拉区玻璃纤维筋断裂或受压区混凝土压碎现象时， 终止加载。制作了小尺寸的GFRP筋混凝土电缆排管试件(4种不同配筋率)以及足尺的多回路GFRP筋混凝土电缆排管试件。小尺寸试件的截面尺寸为300 mm×425 mm， 详细的几何尺寸和配筋规格如图1和表1所示， 其中B为电缆排管的截面宽度， h为截面高度。足尺试件的截面尺寸为1 250 mm×1 000 mm， 相应的详细几何尺寸和配筋规格如图2和表1所示。以图1中2GFRP12为例， 其表示该GFRP筋的直径为12 mm， 数量为2根。在表1中， 2Φ6表示2根直径为6 mm的GFRP筋， Φ10@60则表示箍筋直径为10 mm， 间距为60 mm。小尺寸试件的箍筋内部净空尺寸为220 mm×345 mm， 箍筋的弯折半径为50 mm。足尺件的箍筋内部净空尺寸为920 mm×1170 mm， 箍筋的弯折半径为50 mm。

图1 小尺寸GFRP筋混凝土电缆排管试件几何尺寸及配筋
Fig.1 Geometric dimensions and reinforcement specifications for small specimens of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

浇筑混凝土试件的同时还制作了试块， 养护条件与试件相同。由于采用分批浇筑， 因此， 小尺寸试件和足尺试件的混凝土材料性能参数有所不同。小尺寸试件和足尺试件的轴心抗压强度fck分别为24.6 MPa和19.5 MPa， 抗拉强度ftk分别为2.7 MPa和2.0 MPa， 弹性模量Ec分别为30.6 GPa和25.6 GPa。试验所采用GFRP筋共有Φ6、 Φ10、 Φ12、 Φ18等4种规格， 取每种规格各3根进行材料性能拉伸试验， 测得各个规格的抗拉强度ffu平均值顺序分别为845.0 MPa、 550.9 MPa、 524.4 MPa 和379.0 MPa， 各个规格的弹性模量Ef平均值顺序分别为55.7 GPa、 35.9 GPa、 42.0 GPa和46.3 GPa。

表1 GFRP筋混凝土电缆排管试件几何尺寸和配筋规格
Table 1 Geometric dimensions and reinforcement specifications for specimens of

concrete cable duct reinforced with GFRP bars

Notes： B—Section width； h—Section height； D—Diameter of pipe; 2Φ18—Two 18 mm GFRP bars; Φ10@60—60 mm distance between 10 mm GFRP bars.

图2 足尺GFRP筋混凝土电缆排管试件几何尺寸及配筋
Fig.2 Geometric dimensions and reinforcement specifications for the full scale specimen of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

采用作动器对小尺寸试件进行加载， 利用力传感器测读荷载值， 足尺试件则采用杭州邦威机电控制有限公司生产的YAW-10000F型电液伺服试验机进行加载。在加载过程中， 均考虑了构件自重的影响， 试验采用分级加载， 每级荷载约为预估极限荷载的1/10， 在混凝土开裂荷载值和构件极限荷载值附近， 适当进行细分。当观测到电缆排管主裂缝宽度达到1.5 mm时， 将加载方式从力加载转换为位移加载， 直至试件完全破坏。

挠度测量采用数字位移计， 混凝土应变测点采用100 mm×3 mm的电阻应变片。数据采集装置使用江苏东华测试技术股份有限公司生产的DH3816静态应变测试系统。裂缝宽度测读采用北京瑞科科技有限公司生产的DJCK-2型裂缝测宽仪， 裂缝分布及发展记录采用数码摄像装置。

试件的加载示意图见图3， 分配梁的间距根据试件预估的抗弯与抗剪承载能力进行调整。

图3 小尺寸GFRP筋混凝土电缆排管试件试验加载示意图
Fig.3 Loading sketch for small specimens of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

在试件的1/4跨、 跨中和3/4跨处共布设3个位移计， 用于测试挠度曲线， 另在试件两侧端部各布置2个位移计， 用于测量支座沉降。在试件跨中侧面位置， 沿着高度方向等间距布置了水平应变测点， 同时在另一侧面布置千分表测点进行辅助校核， 测试时考虑了测试现场的温度补偿。图4及图5分别给出了小尺寸和足尺试件的位移及应变测点布置。

图4 小尺寸GFRP筋混凝土电缆排管试件试验测点布置图
Fig.4 Layout of displacement transducers and strain gauges for small specimens of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

图5 足尺GFRP筋混凝土电缆排管试件试验测点布置图
Fig.5 Layout of displacement transducers and strain gauges for the full scale specimen of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

2 结果及分析

2.1 GFRP筋混凝土电缆排管荷载-跨中挠度曲线

图6给出了不同配筋GFRP筋混凝土电缆排管的荷载-跨中挠度曲线。可见， 不同配筋率下的曲线均表现为双线性特征， 即在开裂前的刚度和开裂后的刚度均分别基本保持不变， 且开裂后的刚度小于开裂前刚度。开裂前的刚度则基本不受配筋率的影响； 开裂后的刚度大小与配筋率相关， 其值随配筋率的增加而增加。另外， 不同的配筋率下的开裂弯矩基本相同， 即约为18 kN·m。表明开裂弯矩和配筋率的相关性较小。对于少筋情况下的GFRP筋混凝土结构， 其延性显然是不能满足要求的， 例如只配置了2Φ6的GFRP筋的电缆排管， 当挠度为0.005l时， 结构已接近破坏。而对于具有较高配筋率的梁， 其延性均较高。以上现象和文献[14， 16]中FRP筋混凝土矩形梁受弯时的现象类似。

图6 小尺寸GFRP筋混凝土电缆排管荷载-跨中挠度曲线
Fig.6 Loading-deflection curves of midpoint for small specimens of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

2.2 GFRP筋混凝土电缆排管应变分布

图7 小尺寸GFRP筋混凝土电缆排管跨中截面应变分布随弯矩变化
Fig.7 Variation of strain distribution with bending moment for small specimens of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

图7给出了不同GFRP筋配置下的两种典型应变随高度分布情况。由图7(a)可见， 当配筋率较高时， 中性轴位置在开裂前基本保持不变， 与截面对称轴基本重合。当构件开裂后， 中性轴随荷载增大而逐渐上移， 同时梁顶的压应变也急剧增大。开裂后， 受压区应变仍基本保持为线性， 而受拉区混凝土应变则呈现出局部增大的特征。从图7(b)可发现， 当配筋率较低时， 开裂前的应变分布特征与较高配筋率下的情形一致， 但开裂后构件快速破坏， 延性相对较差。

应变分布规律表明， 在混凝土开裂前可按照弹性构件进行开裂弯矩的计算， 而在混凝土开裂后计算极限承载力时， 可仅考虑GFRP筋承受拉力而忽略受拉区混凝土作用， 这与各国规范[22-23]的力学假定相一致。从应变的试验结果可以看出， GFRP筋混凝土电缆排管受弯时基本上符合平截面假定。

2.3 GFRP筋混凝土电缆排管裂缝开展和破坏

图8给出了两种不同GFRP筋配置情况下的构件破坏模式比较。可以看出， 其裂缝开展情况与普通钢筋混凝土梁的裂缝情况类似， 破坏时表现为具有多个间距约为10 cm的弯曲竖向裂缝。随着荷载增加， 裂缝逐渐伸展和加宽。不同GFRP筋配置下的破坏情况有所不同， 当配筋率较高时， 构件的破坏最终表现为混凝土压碎破坏； 而配筋率较低时， 开裂后的承载力增加并不明显， 而裂缝则快速发展， 最终发生整体开裂破坏。

图8 小尺寸GFRP筋混凝土电缆排管裂缝开展及破坏
Fig.8 Development of crack and failure for small specimens of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

2.4 GFRP筋混凝土电缆排管挠曲线

图9给出了两种不同GFRP筋配置率下， 由试验所测得的电缆排管挠曲线图。可以发现， 该挠曲线图和普通混凝土梁的挠曲线图基本相似， 表明多排孔的GFRP排管的整体受力情况与普通梁的整体受力情况类似[6]。

图9 小尺寸GFRP筋混凝土电缆排管挠曲线随弯矩变化
Fig.9 Variation of deflection curve with loading for small specimens of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

图10 足尺GFRP筋混凝土电缆排管裂缝开展情况
Fig.10 Development of crack for the full scale specimen of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

2.5 GFRP筋混凝土电缆排管足尺试件试验结果

对足尺的全GFRP筋混凝土电缆排管试件， 进行了相应的试验研究。当跨中弯矩达到 1 179.4 kN·m时， 试件发生破坏。图10显示了破坏时的裂缝开展情况， 可以看出， 其与普通梁的裂缝开展情况相类似。图11给出了试件的荷载-位移曲线情况， 可以看出， 曲线仍表现为双线性特征， 刚度拐点对应于开裂弯矩。开裂后至结构破坏期间， 存在较长的变形段。图12给出了试件跨中处侧面水平应变分布随弯矩变化情况， 此时弯矩引起的裂缝宽度小于1.5 mm。可以看出， 电缆排管的截面应变分布与普通混凝土梁的分布并不相同， 由于孔洞产生的应力集中现象较为严重， 局部区域会出现较大的拉应力。

图11 足尺GFRP筋混凝土电缆排管挠度随弯矩变化
Fig.11 Variation of deflection versus bending moment for the full scale specimen of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

图12 足尺GFRP筋混凝土电缆排管应变分布随弯矩变化
Fig.12 Variation of strain distribution with bending moment for the full scale specimen of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

3 正截面承载力建议计算方法

试验结果表明， 全GFRP筋的电缆排管受弯特性与普通梁特性相近。从偏安全考虑， 受拉区混凝土的作用可不计入正截面承载力计算。中国FRP工程应用技术规范[22](以下简称中国规范)仅给出了矩形截面梁的正截面抗弯承载力设计公式， 下面给出的正截面承载力计算方法则是针对GFRP筋混凝土电缆排管。

3.1 GFRP筋混凝土电缆排管的换算工字型截面

图13 GFRP筋混凝土电缆排管的换算工字型截面
Fig.13 Equivalent I-shaped cross section of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

如图13所示的具有m排n列孔道的电缆排管， 其截面宽度为B， 高度为h， 可将其等效为工字型截面。首先， 按照截面面积和惯性矩相等的原则将圆孔折算成矩形孔， 则该矩形孔的高hr及宽br为

(1)

式中， D为圆孔直径。上翼缘高度为第一排孔中心离上边缘的距离e′扣除0.5 hr， 下翼缘高度hf可利用第m排孔中心离下边缘的距离e扣除0.5 hr求得。工字型截面的腹板宽度b为折算前截面宽度bf扣除n个矩形孔宽度br获得。即

hw=h-2hf

(2)

式中， hw为腹板高度。这种处理忽略了相邻排的孔间部分混凝土面积， 获得的工字型截面略偏于保守。

3.2 全GFRP筋混凝土电缆排管正截面承载力

极限状态下的工字型截面受力如图14所示。工字型截面的GFRP筋配筋率为

(3)

式中： Af为GFRP筋的截面积； h0为有效高度； b为如图14所示工字型截面的腹板宽度。平衡破坏时的相对界限受压区域高度为

(4)

因此， 平衡配筋率为

(5)

式(4)和式(5)中的α1及β1可按照中国规范GB 50608—2010[22]确定。

图14 GFRP筋混凝土电缆排管极限状态下截面受力
Fig.14 Forces acting on cross section of concrete cable duct reinforced with GFRP bars in case of ultimate limit state

3.2.1 受拉破坏

受拉破坏时的正截面承载力Mu计算方法可根据薛伟辰等[19]给出的计算理论， 即

Mu=γfffeAfh0

(6)

这里的γf为内力臂系数， 薛伟辰等[19]针对矩形截面梁建议取0.94， 中国规范[22]则取0.9。ffe则为GFRP筋的有效设计应力， 其计算方法为

(7)

式中， ffd为GFRP筋的设计强度。

3.2.2 受压破坏

根据文献[11]， 可不考虑电缆排管压区GFRP筋的作用。因此， 由图14可得

(8)

中国规范[22]在针对矩形截面梁时， GFRP筋的设计强度取有效应力值即ffe。故GFRP电缆排管的正截面抗弯承载力计算公式为

(9)

在普通钢筋混凝土梁在抗弯设计计算时， 由于钢筋存在屈服点， 通常采用适筋设计， 此时普通钢筋混凝土梁中的承载力主要由钢筋的屈服控制， 构件的破坏表现为平衡破坏。而在GFRP筋混凝土梁受弯时， 由于GFRP筋没有明显的屈服点， 难以清晰界定受拉和受压破坏， 薛伟辰等[6]指出配筋率大于平衡配筋率时， 仍会发生受拉破坏。因此GFRP筋的设计计算公式中引入了有效设计应力[22]的概念， 有效设计应力相关计算公式则通过试验数据回归得到。对GFRP筋电缆排管进行工程设计时， 可利用本文公式对受拉和受压破坏下的正截面承载力进行计算， 并取最小值为设计承载力。

4 理论计算与试验结果对比

4.1 GFRP筋混凝土电缆排管的极限承载力

由第3节可发现， 适当选取参数值， 针对GFRP电缆排管的正截面承载力计算公式， 可退化为与中国规范[22]一致的矩形截面梁的正截面承载力计算公式。美国规范ACI 440.1R—06[23]针对矩形截面梁也给出了相关的计算方法， 即

(10)

表2 小尺寸GFRP筋混凝土电缆排管试件正截面承载力
Table 2 Moment capacity for small specimens of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

Note：*—Crack width value in brackets is the one actually measured.

表3 电缆排管的开裂弯矩
Table 3 Cracking moment of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

Notes： ftk—Characteristic value of concrete tensile strength； W0—Section modulus； γ—Sectional influence coefficient of concrete specimen； Mcr—Crack moment； fr—Rupture strength of concrete.

式中： ff为GFRP筋的拉力， 即

(11)

式中： εcu取0.003； 当fc小于28 MPa时， β1取0.85， 当fc超过28 MPa时， 每增长7 MPa， β1下降0.05， β1最小值为0.65。

为便于将理论计算和试验结果进行比较， 采用强度标准值进行相关计算。表2给出了分别采用本文建议的计算方法和美国规范计算得到的承载力， 以及相应的试验结果。由于美国规范只针对矩形截面梁， 因此利用其计算工字型截面的抗弯承载力时， 忽略了翼缘作用， 即梁宽取腹板宽度， 这与美国规范进行抗剪计算时的处理方法相同。由表2可发现， 采用本文计算公式和利用美国规范计算得到的结果较为接近。若将1.5 mm裂缝宽度时的试验荷载视为梁的抗弯承载力， 可以看到计算结果和试验值较为接近。这表明本文所提出的建议公式适用于计算GFRP筋混凝土电缆排管的抗弯承载力。另外， 表2还给出了GFRP筋混凝土电缆排管发生破坏时的试验荷载， 可以发现其值远高于计算得到的抗弯承载力， 这表明利用本文建议公式计算时， 具有较高的安全裕度。本文试验结果表明， 各试件安全裕度值大于1.8， 当配筋率超过平衡配筋率时， 安全裕度值大于2.0。

4.2 GFRP筋混凝土电缆排管的开裂弯矩

根据中国规范[22]， 开裂弯矩Mcr计算方法为

Mcr=γftkW0

(12)

式中： ftk为混凝土抗拉强度标准值； W0为截面模量； γ为混凝土构件的截面抵抗矩影响系数， 按GB 50010—2010[24]规定选取， 应用于本文的混凝土电缆排管后有

(13)

美国规范[23]中的开裂弯矩计算方法为

Mcr=2frW0

(14)

(15)

表3给出了分别根据中国和美国规范计算的结果与试验结果。 可以看出， 由两国规范公式计算得到的开裂弯矩值均大于试验结果。

4.3 GFRP筋混凝土电缆排管的裂缝宽度

4.3.1 中国规范[22]

梁抗弯设计时需进行裂缝宽度控制。根据中国规范[22]的规定， 梁裂缝宽度的计算方法为

(16)

式中： σfk为荷载效应标准组合下GFRP 筋的应力； ψ为裂缝间纵向受拉GFRP 筋应变不均匀系数， 对直接承受重复荷载的构件， 取1.0； c为最外层纵向受拉GFRP筋外边缘至受拉区底边的距离； ρte为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉GFRP筋的配筋率； deq为受拉区纵向GFRP筋的等效直径。上述物理量的具体计算公式如下：

(17)

(18)

 且0.2≤ψ≤1

(19)

(20)

式中： Mk为荷载效应标准组合下的弯矩; ni为受拉区第i种纵向GFRP筋的根数； di为受拉区第i种纵向GFRP筋的公称直径； vi为受拉区纵向GFRP 筋的相对钢筋粘结特性系数。根据GFRP筋表面特性不同， 参照试验数据， 取粘结试验所得的GFRP 筋粘结强度与同条件带肋钢筋的粘结强度的比值。当vi大于1.5时， 取1.5； 无试验数据时， 可选用vi=0.7； bf和hf分别为受拉翼缘的宽度和高度； 中国规范[22]建议裂缝的控制值为0.5 mm。

4.3.2 美国规范[23]

美国规范所规定的裂缝宽度计算方法为

(21)

式中， ff为GFRP筋的应力， 计算方法为

(22)

(23)

式中： dc为从混凝土的底面到最近的GFRP筋中心距离； s为GFRP纵筋的间距。美国规范认为kb是反映了粘结性能的一个系数， 对于具有和钢材同样粘结性能的GFRP材料， 该系数可取1.0， 同时指出该值从0.6变化到1.72。针对没有试验数据的情况， 美国规范建议取1.4。β为中性轴到受拉底面的距离和中性轴到FRP筋质心的距离之比， 即

(24)

4.3.3 结果比较

最外层纵向受拉GFRP筋外边缘至受拉区底边的距离c为40 mm； vi取0.7， 按中国规范计算公式获得的结果与试验结果比较如图15(a)所示。取kb=1.4， 并按美国规范公式计算， 理论计算与试验结果比较如图15(b)所示。可以看出， 中国规范计算结果与试验结果的吻合度较高， 尤其是当裂缝宽度小于1.0 mm， 且配筋率大于平衡配筋率时。当裂缝宽度大于1.0 mm时， 和试验结果相比， 依据中国规范公式得到的裂缝宽度相对较大。

图15 依据不同规范得到的GFRP筋裂缝宽度
Fig.15 Width of cracks calculated of GFRP in terms of different codes

4.4 足尺GFRP筋混凝土电缆排管试验验证

表4给出了分别根据本文建议的计算方法和美国规范获得的足尺试件计算结果以及试验结果。其中极限承载力的试验值取裂缝宽度为1.5 mm时的结果。可以发现， 两种方法计算得到的承载力与试验结果较为接近， 且均小于试验值。基于建议方法获得的承载力计算结果偏于安全。美国规范给出的开裂弯矩大大超过试验结果， 而中国规范给出的开裂弯矩约为试验值的0.78倍， 表明工程设计时可采用中国规范进行开裂弯矩计算。足尺试验件的最终破坏荷载为极限承载力的1.94倍， 表明具有相当大的安全裕度。

表4 足尺GFRP筋混凝土电缆排管试件的试验结果及理论值
Table 4 Experimental and theoretical results of the full scale specimen of concrete cable duct reinforced with GFRP bars

需指出的是， 为了便于和试验比较， 表4及本文其他相关计算均采用材料强度标准值计算。实际工程设计时以极限承载力设计理论为依据， 应采用材料设计强度进行承载力计算。

5 结 论

(1) 全玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)筋混凝土电缆排管的初始裂缝出现在受荷早期， 表明其服役时一般处于带裂缝工作状态。

(2) GFRP筋混凝土电缆排管的荷载-位移曲线表现为双线性， 以混凝土开裂为分界点， 开裂后刚度较小。开裂弯矩及刚度与配筋率基本无关， 开裂后刚度随配筋率增加而增加。电缆排管的整体变形表现为普通梁的变形特征。

(3) 电缆排管孔洞对构件截面受拉区的应力分布存在一定影响， 使排管侧面部分区域拉应力增大。建议在其侧面布置构造加强筋以消除局部应力集中。

(4) GFRP筋混凝土电缆排管抗弯设计时， 可按普通梁考虑， 其截面可采用换算工字型截面。小尺寸试件和足尺试件的试验结果表明， 采用该工字型截面进行承载力、 开裂弯矩及裂缝宽度的计算均能满足精度要求。

(5) 本文针对工字型截面提出了GFRP筋混凝土构件正截面承载力计算方法， 该方法适用于GFRP筋混凝土电缆排管的承载力计算。小尺寸和足尺试件的试验结果均表明， 该计算方法满足工程设计以及经济合理性的要求。