FRP筋及其加筋混凝土梁橋體系的性能與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、近年來，以橋梁為代表的鋼筋混凝土基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕破壞成為世界性的突出問題。在這種情況下，國內(nèi)外興起的使用耐腐蝕性聚合物材料FRP（Fiber Reinforced Plastic Polymer）筋作為鋼筋替代品，發(fā)展新型結(jié)構(gòu)體系，成為解決這一問題的一種有效方法。本文在自行研制開發(fā)FRP筋的基礎(chǔ)上，對FRP筋的靜力學(xué)性能、自感知性能、疲勞性能、耐酸堿鹽介質(zhì)腐蝕與凍融耐久性、FRP加筋混凝土短柱的受壓性能、FRP加筋混凝土梁的力學(xué)性能進(jìn)行了

2、試驗(yàn)研究，并通過有限元分析和設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的分析，建議了FRP加筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，最后對FRP加筋混凝土梁橋體系進(jìn)行了實(shí)例設(shè)計(jì)和分析，主要研究內(nèi)容如下：
　　1.首先研究常用的材料組分、纖維體積比對FRP筋性能的影響，進(jìn)行GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋，CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋和HFRP(Hybird Fiber Reinforce

3、d Polymer)筋基本力學(xué)性能的測試，并測量標(biāo)距范圍內(nèi)CFRP筋和HFRP筋的電阻值和應(yīng)變，得到了FRP筋的抗拉強(qiáng)度和彈性模量等指標(biāo)以及CFRP和HFRP筋的自感知性能。通過靜力學(xué)的試驗(yàn)研究，確定適當(dāng)材料組分的FRP筋，對FRP筋進(jìn)行產(chǎn)品定型。
　　2.對定型的CFRP筋進(jìn)行了疲勞性能的試驗(yàn)研究。通過疲勞性能試驗(yàn)曲線、曲線擬合、疲勞損失機(jī)理分析和與鋼筋疲勞性能的對比分析，表明CFRP筋具有優(yōu)越的疲勞性能。對FRP筋進(jìn)行了抗酸、

4、抗堿、抗鹽腐蝕及凍融性能試驗(yàn)，得到了介質(zhì)腐蝕和凍融循環(huán)對FRP筋極限拉伸強(qiáng)度和彈性模量的性能退化影響和定量衰減量。試驗(yàn)結(jié)果表明：除了堿性環(huán)境外，GFRP筋具有很好的耐酸鹽介質(zhì)腐蝕與凍融的性能，而CFRP筋具有比GFRP筋更好的耐酸鹽介質(zhì)腐蝕與凍融的性能，同時還具有很好的耐堿性介質(zhì)腐蝕性能。
　　3.試驗(yàn)研究了FRP筋以及FRP加筋混凝土短柱的受壓性能。試驗(yàn)測試了FRP筋在沒有約束條件下的抗壓強(qiáng)度、抗壓彈性模量以及試驗(yàn)測試和分析了F

5、RP加筋混凝土短柱在軸心受壓荷載下的極限承載力、荷載-變形關(guān)系和破壞形式，并與鋼筋混凝土短柱受壓試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明：在沒有約束的條件下，GFRP筋的抗壓強(qiáng)度高于CFRP筋的抗壓強(qiáng)度；在有約束的條件下，CFRP加筋混凝土短柱的抗壓承載力高于GFRP加筋混凝土短柱的抗壓承載力；FRP加筋混凝土短柱的抗壓承載力高于鋼筋混凝土短柱的抗壓承載力；FRP加筋混凝土短柱的協(xié)同工作性和鋼筋混凝土短柱的協(xié)同工作性相比較差。
　　4.通

6、過對FRP加筋混凝土簡支梁進(jìn)行三分點(diǎn)靜力加載試驗(yàn)，研究了FRP加筋混凝土梁在各級荷載作用下的開裂形式、破壞形式、極限承載力、荷載-變形特性，提出了FRP加筋混凝土梁的變形、極限承載力的計(jì)算公式；用ANSYS進(jìn)行有限元的建模分析與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比和分析，得到了適合FRP加筋混凝土梁的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)FRP筋與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料受力性能的差異，對受彎構(gòu)件的性能指標(biāo)和安全儲備問題進(jìn)行了研究，指出了FRP加筋混凝土結(jié)構(gòu)安全儲備包括變形儲備和承載力儲備，