1.1　FRP-混凝土組合梁受力原理

　　FRP-混凝土組合梁、板的設計概念與鋼-混凝土組合梁、板相同：上部混凝土主要受壓，下部為FRP構件主要受拉，它們之間通過剪力連接件協同工作。這樣既使FRP得到充分利用，又可以獲得較大的剛度。FRP組合梁、板中FRP梁的形式多種多樣，從制作工藝來看，有手糊FRP梁，也有拉擠FRP型材梁；從FRP梁的截面形狀來看，有箱形梁、工字形梁、槽形梁和管狀梁等；從FRP材料的種類來看，目前研究較多的為GFRP和CFRP。
    FRP-混凝土組合梁、板主要用于橋梁上部結構。北京密云建成了上座FRP公路橋，為FRP-混凝土組合箱梁橋。2002年，澳大利亞建成了一座跨度為10m的FRP-混凝土組合梁橋。2005年，西班牙建成了一座跨度150英尺的FRP-混凝土組合箱梁橋。

1.2　組合形式

　　典型的FRP-混凝土組合梁結構形式為下部采用FRP型材抗拉，上部采用混凝土板抗壓，中間通過一定的方式傳遞剪力達到組合作用(主要通過環氧樹脂粘結劑、剪力連接件和機械咬合力等傳遞剪力)。
　　從所使用的FRP材料的種類來看，國內外現有的FRP-混凝土組合梁研究中，FRP型材多采用GFRP，因其具有較高的經濟性。也有的研究者將CFRP應用到組合梁下翼緣，利用其良好的抗拉強度和較大的彈性模量增強組合梁的抗彎性能。以下組合梁形式的介紹中，如無特別說明，FRP材料均為GFRP。
　　從截面形式來看，現有文獻中FRP和混凝土的組合形式多種多樣。采用的FRP型材主要有工字形、箱型、方管、槽形以及FRP異形板等。大多數FRP-混凝土組合梁都采用上部混凝土板，下部FRP梁的形式。但也有的將混凝土澆筑在FRP管內，形成FRP管約束混凝土梁，且FRP管兼作混凝土模板，還有將上述兩種方式相結合的。
　　采用工字形FRP梁與混凝土組合的組合梁形式主要有兩種，如圖11.1―1所示，采用的FRP梁主要為拉擠FRP工字型材。研究這類組合梁的主要有Nordin、Branco和段世昌等人。Nordin和Branco研究的組合梁下部為FRP工字型材，上部為混凝土，見圖11.1―1(a)。段世昌提出了FRP工字梁和混凝土的另一種組合形式，見圖11.1―1(b)。這種形式的組合梁將工字形GFRP澆注于混凝土中，類似于鋼骨混凝土梁。但由于工字FRP腹板的抗剪能力較弱，很多研究者采用箱型、管狀及槽形等雙腹板FRP形式。

　　箱形FRP-混凝土組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增強，用以提高剛度和承載力。Deskovic提出了GFRP-混凝土箱梁底部貼CFRP層進行破壞預警。Fam等人則在下部的FRP管中澆入混凝土。
　　與箱型FRP管與混凝土組合類似的，Ribeiro提出了槽形FRP型材和聚合物混凝土組合梁的形式，如圖11.1―2所示。

　　由于FRP材料容易成型的特點，且FRP拉擠型材工藝的日漸成熟，可以生產形狀多樣的異形FRP型材，為出現更多的FRP與混凝土組合形式創造了條件。各種形式的FRP與混凝土組合板的研究也越來越多。Hall和Keller等人提出了用異形FRP型材和混凝土組合的組合梁、板形式。

1.3　FRP-混凝土的剪力傳遞方式

　　FRP-混凝土組合梁的結構形式為下部采用FRP型材抗拉，上部采用混凝土板抗壓，FRP梁和混凝土之間的界面要有可靠的措施來傳遞兩種材料之間的縱向剪力。在組合結構中，合理的剪力傳遞方式是組合構件能夠充分發揮組合作用的必要保證。因此，剪力傳遞方式是FRP-混凝土組合梁研究的關鍵。
　　現有文獻中的剪力連接形式主要有：表面摩擦力、錨栓、機械咬合、FRP剪力件和環氧粘結等。表面摩擦力即只依靠混凝土和FRP之間的自然摩擦力傳遞剪力，有的組合梁里在FRP上設置縱肋以增大摩擦面積；錨栓即用鋼螺栓或FRP榫釘等作為剪力連接件傳遞剪力；機械咬合指利用FRP模板上的橫向凹凸肋來傳遞剪力；FRP剪力連接件通過直接成型或粘結的方式設置在FRP模板上，傳遞混凝土和FRP之間的剪力；環氧粘結即在混凝土和FRP之間采用環氧粘結劑進行粘結，分為濕法粘結和干法粘結兩種，通常采用濕法粘結，即在FRP模板上涂刷粘結劑，而后澆筑混凝土，干法粘結是指混凝土澆筑養護以后再用粘結劑直接粘結到FRP上。
　　從文獻中搜集到的FRP-混凝土組合梁采用的剪力連接方式如表11.1―1所示。

　　現有文獻中，對剪力連接方式進行了專門研究的主要有Canning，Nordin，Fam，Branco和段世昌等人。研究剪力連接性能的試驗方法有兩種，一種是推出試驗，另一種是梁式試驗。
　　Canning通過梁式試驗比較了6種不同剪力連接方式的性能。這6種方式分別為：在FRP上設突肋進行機械咬合；用環氧樹脂將養護好的混凝土直接粘貼在FRP梁上；在FRP梁上設螺栓作為剪力連接件；通過負壓和注射兩種方式將粘結劑填充在FRP和混凝土之間的空隙；混凝土澆筑前在永久模板上涂刷粘結劑。Canning的試驗結果表面，組合作用好的是幾種粘結環氧樹脂的方法；設螺栓的方法也基本能保證FRP和混凝土的組合作用，但加載過程中界面滑移較大，且組合梁的抗彎剛度不如采用樹脂粘結的梁；機械咬合的方法則不可靠，且界面破壞的荷載不好預測。
　　Nordin嘲通過組合梁試驗比較了螺栓和涂刷環氧樹脂兩種方法。試驗結果表明兩種剪力連接方式都能有效傳遞界面剪力，但采用環氧粘結的梁抗彎剛度更大。
　　Farm采用GFRP榫釘作為剪力連接件傳遞混凝土和GFRP方管梁之間的剪力，并通過推出試驗研究這種剪力連接件的性能。試驗表面，在GFRP方管梁中填充混凝土，使榫釘兩端均嵌固在混凝土中，榫釘的剪力連接作用比在空方管混凝土組合梁中更好，因為在后者中，FRP翼緣不能提供對榫釘足夠的固定。
　　Branco嘲采用螺釘作為剪力連接件，并通過推出試驗得到了螺釘的極限抗剪承載力。
　　另外，段世昌提出的類似于勁性混凝土的組合梁中，由于FRP工字梁包裹在混凝土中，FRP和混凝土接觸界面面積較大，直接采用界面自然粘結力和摩擦力來傳遞剪力，并通過拔出試驗得到了界面剪切強度。
　　Keller的組合板為帶T肋的異形板，T肋可以作為剪力連接件傳遞剪力。也可通過在FRP梁上粘貼各種形式的剪力連接件，如粘貼FRP小工字來傳遞縱向剪力。
　　現有文獻中的剪力連接形式很多，但有些并不適合在實際工程中采用，如將混凝土養護以后直接粘結到FRP上等。綜上所述，在工程中可行的剪力傳遞方式主要有：機械咬合、螺栓、FRP梁上涂刷粘結劑再澆筑混凝土、通過直接成型或粘結的方式在FRP梁上設置FRP剪力連接件。
　　從已有的研究可以看出，機械咬合的方式效果較差，且破壞荷載難以計算。采用螺栓作為剪力連接件的組合梁加載初期主要依靠FRP和混凝土界面的自然粘結力和摩擦力來傳遞縱向剪力，當自然粘結力和摩擦力無法傳遞足夠的剪力時，界面發生滑移，螺栓開始發揮作用。所以采用螺栓作為剪力連接件的組合梁在承載過程中界面滑移較大，組合梁的抗彎剛度比粘結的方法略小，但仍能提供界面所需的剪力，不失為一種有效的剪力連接方法，然而螺栓打孔施工較復雜。涂刷粘結劑的方法能有效地保證組合作用的發揮，加載過程中界面相對滑移很小，組合梁抗彎剛度較大，且施工較為方便，但是破壞呈脆性。