FRP-混凝土組合梁受力性能試驗(yàn)研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)以其比強(qiáng)度高、比模量大、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)而受到土木工程界的日益關(guān)注,將其用于土建交通基礎(chǔ)設(shè)施中以解決鋼材銹蝕問題的相關(guān)研究工作近年來不斷增多且逐漸深入。為了既充分發(fā)揮FRP受拉強(qiáng)度高、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn),又充分利用混凝土受壓強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn),國內(nèi)外學(xué)者對FRP-混凝土組合結(jié)構(gòu)的形式和受力性能進(jìn)行了研究。本文在前人提出的由混雜FRP型材和鋼筋混凝土內(nèi)芯組成的FRP-混凝

2、土組合梁(以下簡稱FRP-RC組合梁)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性的提出了一種以鋼筋受力為主的FRP-RC組合梁。這種組合梁將具備高極限承載力、高耐久性、高性價比和損傷可控等諸多優(yōu)點(diǎn)。
　　 基于以上思想,本文對鋼筋受力為主的FRP-RC組合梁的受力性能及其相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)進(jìn)行了細(xì)致的研究,主要內(nèi)容如下:
　　 首先,在手糊制備出FRP型材的基礎(chǔ)上,開發(fā)了生產(chǎn)大型薄壁FRP型材的真空導(dǎo)入成型工藝,制備出整體性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定的F

3、RP型材；并將這種型材用于制作FRP-RC組合梁,開發(fā)了相應(yīng)的施工技術(shù),提出了相應(yīng)的施工建議。
　　 同時,本文進(jìn)行了混雜纖維混雜效應(yīng)的試驗(yàn)研究和BFRP板與混凝土的界面性能研究。通過1CnB混雜纖維布(1層CFRP布和n層BFRP布的混雜布)的單向拉伸試驗(yàn),研究了采用不同混雜比和不同鋪層方式的混雜效應(yīng)。通過開展BFRP板與混凝土的雙面拉伸剪切試驗(yàn),研究了FRP板與后澆混凝土濕粘結(jié)界面以及帶剪力鍵的濕粘結(jié)界面的粘結(jié)性能；在此基礎(chǔ)

4、上分別提出了適用于濕粘結(jié)界面和帶剪力鍵的濕粘結(jié)界面(Shear key-wet bonding interface,簡稱SK-WB界面)的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系,通過ANSYS有限元軟件進(jìn)行了SK-WB界面性能的數(shù)值模擬；最后提出了SK-WB界面的設(shè)計(jì)方法。
　　 通過1根鋼筋混凝土對比梁和11根混雜FRP-RC組合梁的受彎試驗(yàn),研究了濕粘結(jié)界面的混雜FRP-RC組合梁的受彎性能和不同樹脂對組合梁濕粘結(jié)界面的影響。通過對2根RC對比梁

5、、6根BFRP-RC組合梁以及2根鋼絲復(fù)合BFRP-RC組合梁在重復(fù)荷載下受彎性能的試驗(yàn)研究,對采用帶剪力鍵的濕法外包式組合梁的荷載.位移關(guān)系、破壞模式、承載力、剛度、荷載應(yīng)變關(guān)系等進(jìn)行了較為深入的討論和分析。研究發(fā)現(xiàn),在單調(diào)荷載和重復(fù)荷載作用下,在加載直至極限破壞的整個受力過程中,所有SK-WB界面組合梁均未發(fā)現(xiàn)界面剝離現(xiàn)象,表明SK-WB界面是一種有效的界面方式?；谄浇孛婕俣ń⒘私M合梁受力分析模型,對FRP-RC組合梁的屈服荷載

6、和極限荷載進(jìn)行了理論推導(dǎo)。將理論分析結(jié)果與試驗(yàn)值進(jìn)行比較,結(jié)果表明計(jì)算公式能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測組合梁的屈服抗彎承載力和極限抗彎承載力。
　　 通過兩批次共22根FRP-RC組合梁的受彎試驗(yàn)研究和有限元分析,研究了組合梁的受力性能隨FRP參與受力比例的變化規(guī)律。證明了以鋼筋受力為主的FRP-RC組合梁不僅延性好,而且具有良好、穩(wěn)定并可設(shè)計(jì)的二次剛度。采用C++語言編寫了基于“條帶法”的有限元程序,并進(jìn)行了FRP-RC組合梁的非線性有限

7、元全過程分析。基于Opensees有限元軟件建立了考慮卸載和重復(fù)加載的有限元模型,對組合梁在反復(fù)荷載下的受彎性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究了組合梁的卸載剛度隨跨中撓度發(fā)展而退化的規(guī)律,推導(dǎo)了殘余位移的預(yù)測公式,并最終評價了組合梁的可恢復(fù)性。經(jīng)分析后推薦組合梁的二次剛度比設(shè)計(jì)值宜在(0.10～0.20)的區(qū)間內(nèi)取值。
　　 對FRP-RC組合梁在受拉縱筋屈服前和屈服后兩個階段的剛度進(jìn)行了理論分析。將縱筋屈服前后的截面彎矩表達(dá)為受拉縱筋和

8、FRP應(yīng)變的函數(shù),推導(dǎo)了增強(qiáng)材料應(yīng)變不均勻系數(shù)的計(jì)算公式。通過全過程分析得到了受壓區(qū)混凝土邊緣平均應(yīng)變綜合系數(shù)隨截面彎矩的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)屈服后階段的變化規(guī)律明顯不同于普通鋼筋混凝土梁。進(jìn)一步通過全過程分析和回歸分析,得到了FRP-RC組合梁三個不同受力階段的剛度和跨中撓度的計(jì)算公式；將計(jì)算值與本文試驗(yàn)結(jié)果以及全過程分析結(jié)果進(jìn)行了對比,結(jié)果表明所提公式具有較好的精度。經(jīng)過大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,證明了該公式可以推廣到FRP片材加固混凝土梁?？?/p>