纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土梁受力性能試驗(yàn)研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)塑料筋(FRP筋)是以纖維為增強(qiáng)材料,以合成樹(shù)脂為基體材料,并摻入適量輔助劑,經(jīng)拉擠成型技術(shù)和必要的表面處理所形成的一種新型復(fù)合材料,具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞性能好、耐電磁等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn).從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看,近百年來(lái)的鋼筋混凝土的資料顯示,隨著結(jié)構(gòu)跨度的擴(kuò)大,FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)得到了初步研究,通常是比較鋼筋與FRP筋所反映的性能.FRP筋的應(yīng)用依賴于其在荷載作用下的可靠性能.由于眾多的原因,FRP筋作為混凝土增強(qiáng)

2、材料替代鋼筋,一般可應(yīng)用于有特殊性能要求和鋼筋易受到化學(xué)因素侵蝕的環(huán)境中.例如,FRP筋應(yīng)用于支撐和圍繞磁共振成像醫(yī)療設(shè)備的混凝土中及工業(yè)頂棚、電設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備的基座、巖土工程中的錨桿、侵蝕性環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)等海洋工程、橋梁工程、路面工程、巖土工程、醫(yī)療及化工工程的建設(shè). 為了推動(dòng)FRP筋及其混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的廣泛應(yīng)用,本文在山東省教育廳科技發(fā)展計(jì)劃(項(xiàng)目名稱:高性能碳纖維復(fù)合筋-CFRP筋的開(kāi)發(fā)及利用,編號(hào):01E06)的資

3、助下,通過(guò)對(duì)FRP筋的力學(xué)性能和FRP筋混凝土梁正截面受彎性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析,結(jié)合現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析方法,對(duì)FRP筋混凝土梁正截面受彎性能進(jìn)行了深入的研究,初步建立了適合于FRP筋特點(diǎn)的FRP筋混凝土梁正截面受彎性能的理論計(jì)算方法,總結(jié)提出了FRP筋混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng). 主要研究成果如下: 1.在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,繪出了FRP筋的應(yīng)力.應(yīng)變曲線,較好地反映了FRP筋的荷載作用下的線彈性關(guān)

4、系,測(cè)定了不同類型的FRP筋的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo). 2.試驗(yàn)研究表明,表面光圓FRP筋由于與混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度低,其混凝土梁易發(fā)生粘結(jié)滑移破壞,FRP筋被拔出,混凝土梁裂縫集中,撓度發(fā)展較快,不宜作為普通加強(qiáng)筋使用.表面粘砂FRP筋與混凝土間有良好的粘結(jié)性能,在混凝土破壞之前二者能共同受力,裂縫比較均勻分散,且截面應(yīng)變符合平截面假定,可以作為普通混凝土加強(qiáng)筋使用.單一纖維筋替代鋼筋用于混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生無(wú)明顯預(yù)兆的脆性破壞,不像鋼筋混

5、凝土構(gòu)件表現(xiàn)出良好的延性性能.根據(jù)配筋率的大小及對(duì)抗彎性能的影響,FRP筋混凝土梁的破壞模式可以分為三類:受拉破壞、平衡破壞及受壓破壞模式.FRP筋混凝土梁與普通鋼筋混凝土梁相比,裂縫開(kāi)展較快,撓度變化較大,破壞為脆性破壞.無(wú)論是超筋破壞模式或適筋破壞模式,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照平截面假定進(jìn)行計(jì)算.但從安全角度考慮,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按受壓破壞模式計(jì)算. 3.建立了既適合于FRP筋混凝土梁特點(diǎn),又與我國(guó)現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范相協(xié)調(diào)的FRP筋混凝土梁的受彎

6、承載力的計(jì)算方法和計(jì)算公式,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合較好. 4.根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果,分析了FRP筋混凝土梁撓度的特點(diǎn),按照剛度解析法的原理,結(jié)合FRP筋的特性,探討了FRP筋混凝土梁截面剛度的計(jì)算方法,初步建立了與鋼筋混凝土梁計(jì)算方法相銜接的FRP筋混凝土梁截面剛度的計(jì)算公式,提出了反映FRP筋的配筋率、彈性模量及與混凝土之間的粘結(jié)性能對(duì)剛度影響情況的剛度影響系數(shù)β<,f>;通過(guò)對(duì)β<,f>,公式中系數(shù)к的研究確定,可以較好地估計(jì)F

7、RP筋混凝土梁的撓度,本試驗(yàn)結(jié)果顯示,對(duì)G-FRP筋:к=1.8左右;C-FRP筋:к=4左右. 5.參照鋼筋混凝土梁裂縫寬度的計(jì)算方法,根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果,分析了FRP筋混凝土梁裂縫的特點(diǎn),建立了適應(yīng)FRP筋混凝土梁特點(diǎn)的裂縫寬度計(jì)算公式,本試驗(yàn)結(jié)果顯示,粘砂FRP筋:к<,ω>=0.48左右;光圓FRP筋к<,ω>=2.8左右,к<,ω>為裂縫寬度系數(shù).但是,不同表面類型的FRP筋к<,ω>值還需要進(jìn)一步的研究. 6.