FRP空心桥面板的变形及破坏

1.1　FRP空心桥面板的变形

FRP空心桥面板是最为常见、研究最多的一种桥面板形式。由于FRP桥面板的强度很高，很容易满足设计承载力，一般FRP构件大多为变形控制设计。
　　FRP空心桥面板主要承受局部轮压荷载，在此荷载作用下两端简支的FRP空心板在两个方向上都产生弯曲，导致加载点局部下陷变形集中。通常，FRP空心板在纵、横两个方向上的弯曲刚度和剪切刚度不同，一般为纵向(构件轴向)大、横向小，局部下陷变形非常明显。图10.4-1(a)为文献试验所获得的FRP空心板的变形。可见，FRP空心桥面板在单点轮压作用下的变形模式为双向弯曲，在荷载集中的区域有较大的局部变形集中。此外，由于FRP的剪切模量比其弯曲模量小很多，FRP构件的剪切变形较大，一般不能忽略。
　　在前人的研究中，绝大多数FRP空心板的荷载-变形关系近似为线弹性，破坏前卸载，残余变形很小。但也发现，一些FRP空心板并非完全理想线弹性：在加载初期，荷载与变形线性增长；但随着荷载增大，构件的刚度开始略有降低，荷载-位移曲线逐渐下弯，开始呈现出非线性的特征；荷载继续增加，在接近破坏时，会出现小的下挫，构件发出“噼啪”的声音，实际上这时构件中已开始发生局部损伤，但承载力仍可继续提高；最终出现一次较显著的破坏，承载力才完全丧失。但通常FRP空心板出现非线性特征时荷载一般都已远超过实际工作荷载。

1.2　破坏模式

FRP空心板的破坏是一个逐步发展的过程，但最终的破坏对应着承载力的丧失，同时也能观察到明显的破坏特征，如裂纹、纤维断裂、脱胶、分层等，这些破坏特征是导致构件丧失承载力的直接原因。根据FRP空心板的破坏机理，结合其破坏特征，将其破坏模式分为三个层次。
　　(1)材料的强度破坏
　　FRP达到其自身的材料强度而导致的破坏，简称为材料强度破坏，定义为第1类破坏。这类破坏模式与FRP的材料强度(通常为层合板的强度)相对应，包括拉伸破坏、压缩破坏、面内剪切破坏、弯曲破坏和层问破坏。常见的形式有：图10.4-2(a)所示的拉挤管纵向裂纹为横向强度不足所导致的破坏；图10.4-2(b)所示的冲切破坏为面板的拉伸强度和剪切强度不足；图10.4-2(c)所示的分层破坏为层间强度不足；拉伸断裂仅在文献中出现过1例。
　　(2)组件间的连接破坏
　　在FRP材料达到其强度前，由于各FRP组件间的连接构造破坏所导致的FRP空心板承载力丧失，如粘接剥离、机械连接件破坏、螺栓孔的局部承压破坏等，统称为连接破坏，定义为第Ⅱ类破坏。这类破坏与连接构造的强度有关，如粘结层的剪切强度、正拉强度，螺栓的抗剪强度、螺孔的局部承压强度等。在FRP构件中，粘结采用得较多，因此粘结破坏最为常见。图10.4-2(d)为面板与夹芯的粘结破坏；图10.4-2(e)为拉挤组件间的粘结破坏。在这类破坏中，FRP的材料强度没有得到充分利用，通常极限承载力较低。而这类破坏在已有的研究中经常出现，且破坏很突然，应在H心桥面板设计中尽量避免。

(3)屈曲破坏
　　FRP空心板中的板件因受压而发生局部屈曲而导致承载力丧失，屈曲破坏发生时有明显的起波，定义为第Ⅲ类破坏。由于FRP材料为线弹性，板件发生屈曲后承载力通常不会完全丧失，因此屈曲破坏经常同前两类破坏模式同时发生，但从机理上应区分以下两种屈曲破坏情况：①由屈曲破坏导致前两类破坏发生，并使承载力丧失；②前两种破坏发生后，再发生局部屈曲。前一种是真正的屈曲破坏。图10.4-2(f)为空心板上面板分层破坏后发生的屈曲；图10.4-(g)为空心板发生了屈曲但尚未达到最大承载力。
　　在试验中，以上三种破坏模式可能在很短的时间内相继发生，且相互影响。