FRP筋混凝土梁設(shè)計(jì)理論研究.pdf

1、近年來，隨著混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)量的不斷增多和使用期的增加，混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕造成的結(jié)構(gòu)耐久性降低和結(jié)構(gòu)破壞已日益成為一個(gè)嚴(yán)重的問題。用FRP(纖維增強(qiáng)塑料，F(xiàn)iberreinforcedplastic)筋代替混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋是解決上述問題的一個(gè)有效辦法。歐美及日本等發(fā)達(dá)國家從上世紀(jì)七十年代開始對(duì)FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。我國在這方面的研究起步較晚，特別是在設(shè)計(jì)理論方面，至今仍未頒布相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范。因此，開展FRP筋混凝土梁的設(shè)計(jì)理論研究

2、具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 本文的主要研究工作包括： 第一部分基于18個(gè)梁式試件和48個(gè)拉拔試件的粘結(jié)試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了GFRP筋與混凝土之間的粘結(jié)錨同性能，包括破壞模式、粘結(jié)強(qiáng)度、錨固長度和粘結(jié)一滑移本構(gòu)關(guān)系等。試驗(yàn)及分析表明：GFRP筋的粘結(jié)性能與試驗(yàn)方法、GFRP筋直徑、粘結(jié)長度及破壞模式等因素有關(guān)。在本文試驗(yàn)以及已有試驗(yàn)研究．的基礎(chǔ)上，提出了綜合考慮GFRP筋的表面特性、試驗(yàn)方法、GFRP筋直徑、粘結(jié)長度

3、以及混凝土強(qiáng)度的、GFRP筋的粘結(jié)強(qiáng)度理論公式和錨固長度設(shè)計(jì)建議。此外，還建立了GFRP筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移本構(gòu)模型，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定了模型中特征點(diǎn)的參數(shù)取值。 第二部分采用大型商用有限元分析軟件——ANSYS建模，對(duì)FRP筋混凝土梁的單調(diào)受力全過程進(jìn)行了非線性有限元模擬與參數(shù)分析。對(duì)本課題組前期試驗(yàn)以及國內(nèi)外其它有關(guān)試驗(yàn)的分析和驗(yàn)證表明，本文建立的ANSYS分析模型能較好模擬FRP筋混凝土梁的受力性能。在此基礎(chǔ)上，完成了

4、38根FRP筋混凝土梁的非線性有限元分析，為FRP筋混凝土梁設(shè)計(jì)理論的研究補(bǔ)充了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 第三部分基于國內(nèi)外112個(gè)FRP筋混凝土梁試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)和本文38根FRP筋混凝土梁的有限元分析結(jié)果，對(duì)FRP筋混凝土梁的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行較系統(tǒng)的研究：①建立了配筋率與破壞模式(受拉破壞、受壓破壞和平衡破壞)的定量關(guān)系；②通過對(duì)不同破壞模式下正截面極限狀態(tài)的受力分析，結(jié)合150根FRP筋混凝土梁正截面承載力的統(tǒng)計(jì)分析，合理確定了梁中受拉FRP筋

5、的“名義屈服強(qiáng)度”，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了FRP筋混凝土梁正截面抗彎承載力的設(shè)計(jì)公式；⑧修正了FRP筋混凝土梁抗裂度計(jì)算方法；④以我國現(xiàn)行鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范為基礎(chǔ)，計(jì)算了FRP筋混凝土梁裂縫截面處受拉FRP筋應(yīng)力，結(jié)合FRP筋相對(duì)粘結(jié)特性系數(shù)建議，提出了FRP筋混凝土梁的裂縫寬度、撓度設(shè)計(jì)公式。本文的設(shè)計(jì)方法，公式簡單，計(jì)算方便，與試驗(yàn)值的對(duì)比表明，理論值與試驗(yàn)值吻合良好，并且較美國ACI440．1R規(guī)范的理論值更準(zhǔn)確。 第四部分對(duì)F

6、RP格柵筋混凝土板的受力性能和抗彎設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。用ANSYS對(duì)15塊FRP格柵筋混凝土板進(jìn)行了非線性有限元模擬，結(jié)合本課題組前期試驗(yàn)以及國外相關(guān)試驗(yàn)，研究了邊界條件、長寬比、FRP筋配筋率對(duì)FRP格柵筋混凝土板受力性能的影響，確定了FRP格柵筋混凝土單向板和雙向板的區(qū)分條件，提出了單向板的抗彎承載力、裂縫寬度和撓度設(shè)計(jì)建議以及雙向板的抗彎承載力和撓度設(shè)計(jì)建議。與試驗(yàn)值的對(duì)比表明，本文的設(shè)計(jì)建議是較為準(zhǔn)確和可靠的。 本文的研