FRP筋混凝土梁受弯性能研究

发布时间：2020-11-20 17:55

　　纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)筋具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,采用FRP筋作为混凝土结构的增强材料可有效解决侵蚀环境中混凝土结构因钢筋锈蚀而导致的耐久性问题。但另一方面,由于FRP筋的弹性模量较低、抗剪强度较差,且与混凝土间黏结性能较差,FRP筋混凝土梁在应用中存在裂缝宽度过大的问题,配筋往往由正常使用极限状态控制而使得FRP筋配筋较多,经济成本较高。为改善FRP筋混凝土梁裂缝过宽的问题,本文提出一种将FRP筋穿入金属波纹管并灌注水泥基高强灌浆料的构造措施,外部波纹管只起体系成型和增强黏结力传递的作用,内部高强水泥基灌浆料与FRP筋的黏结性能较好,共同参与受拉,可起到减小FRP筋混凝土梁裂缝宽度的作用。为验证上述构造措施的可行性,本文对配置拉挤FRP筋以及新型构造措施FRP筋的混凝土梁的受弯性能开展了系统研究,具体研究内容如下:(1)进行了9根FRP筋混凝土梁和1根钢筋混凝土梁的受弯试验,以FRP筋种类、配筋率、是否采用新型构造措施为试验工况,研究了各试验梁的受弯承载力、破坏模式、变形能力,重点考察了正常使用极限状态下试验梁的挠度、裂缝分布、平均裂缝间距以及平均裂缝宽度的发展规律。(2)采用有限条带法编制了FRP筋混凝土梁的弯矩-曲率分析程序,计算结果与试验结果整体吻合较好,验证了分析的正确性;开展参数分析,考察了混凝土轴心抗压强度、底部受拉FRP纵筋种类与配筋率、侧向构造筋配筋率等参数对FRP筋混凝土梁受弯性能的影响规律。(3)基于模拟分析结果,建立了通过混凝土轴心抗压强度和FRP筋配筋率预测FRP筋混凝土梁可承受使用荷载的计算公式。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU398.9
【部分图文】：

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计基准期即丧失了使用功能，特别是腐蚀性介质环境中的厂房、桥梁及海洋工程结构。国内外调查结果表明，造成混凝土结构耐久性失效的首要原因便是钢筋锈蚀，这对世界各国造成了巨额经济损失。美国年均花费约 2500 亿美元以修复混凝土结构中的钢筋腐蚀，其中 1550 亿美元用于桥梁修复[1]。据美国材料咨询委员（NMAB）调查，由于钢筋锈蚀的影响，全美国约有 25 万座钢筋混凝土桥梁受到不同程度的损害[2]。自 20 世纪 60 年代以来，我国曾多次对沿海地区的海港码头以及其他水工建筑物进行了调查，发现超过半数以上的钢筋混凝土结构存在严重的钢筋锈蚀现象，有的码头结构仅使用 6 年，上部结构就出现了严重的钢筋锈蚀破损[3]。美国学者通过“五倍定律”具体描述钢筋锈蚀的严重性，即新建结构在钢筋防护方面每节省 1 美元，就意味着发现钢筋锈蚀时需要多追加维修费用 5 美元，混凝土顺筋开裂时多追加维修费用 25 美元，结构严重破坏时多追加维修费用 125 美元[4]。2015，中国工程院正式启动国家重大咨询项目“中国腐蚀状况与控制策略研究”，对全国包括交通、建筑、水利等 30 多个行业的腐蚀问题进行调查研究，初步统计结果表明我国钢筋锈蚀成本约占当年GDP 的 3.34％，总额超过 21000 亿元。

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图 1-2 新型 FRP 纵筋构造措施示意图要研究内容有较多关于 FRP 筋混凝土梁受弯性能的研究，但验梁多有跨度和截面尺寸较小、剪跨比较低的问一问题非常突出。这导致试验梁与实际应用中的不能很好地反映工程实际；小剪跨比导致剪切裂能对试验结果产生影响。综上所述，本文设计了 9 根400mm、剪跨比约 4.3 的 FRP 筋混凝土梁和 1 根件，采用 CFRP 筋和 GFRP 筋作为底部加强筋，；其中 5 根试验梁采用新型构造措施纵筋，探究究内容如下： FRP 筋混凝土梁四点加载试验，研究 FRP 筋种类措施筋对 FRP 筋混凝土梁受弯承载力、破坏模式裂缝分布、平均裂缝间距以及平均裂缝宽度的影

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N-12 2φ12 GFRP 0.31 无T-12 2φ12 GFRP 0.32 部分套管Q-12 2φ12 GFRP 0.32 全套管N-16 2φ16 GFRP 0.56 无T-16 2φ16 GFRP 0.58 部分套管N-12 2φ12 CFRP 0.31 无T-12 2φ12 CFRP 0.32 部分套管N-16 2φ16 CFRP 0.56 无T-16 2φ16 CFRP 0.58 部分套管C-16 2φ16 HRB400 0.56 无命名规则如下，RC 代表钢筋混凝土梁；FRP 筋混凝土梁首字母代筋种类，以字母 G 代表采用 GFRP 筋，字母 C 代表采用 CFRP 筋 N 代表无套管的普通 FRP 筋混凝土梁，T 代表部分套管，Q 代表代表受拉筋直径，单位 mm。是否采用灌浆波纹管构造措施筋的试效高度不同，故纵筋配筋率略有差异。
【参考文献】

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1 朱虹;董志强;吴刚;吴智深;;FRP筋混凝土梁的刚度试验研究和理论计算[J];土木工程学报;2015年11期

2 薛伟辰;郑乔文;杨雨;;FRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力设计研究[J];工程力学;2009年01期

3 薛刚;郭晓燕;;钢筋混凝土梁抗弯刚度非线性全过程分析[J];内蒙古科技大学学报;2007年03期

4 叶列平;冯鹏;;FRP在工程结构中的应用与发展[J];土木工程学报;2006年03期

5 祁德庆;钱文军;薛伟辰;;土木工程用FRP筋的耐久性研究进展[J];玻璃钢/复合材料;2006年02期

6 赵羽习,金伟良;钢筋锈蚀导致混凝土构件保护层胀裂的全过程分析[J];水利学报;2005年08期

7 岳清瑞;我国碳纤维(CFRP)加固修复技术研究应用现状与展望[J];工业建筑;2000年10期

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1 徐新生;FRP筋力学性能及其混凝土梁受弯性能研究[D];天津大学;2007年

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1 张云雷;GFRP筋异强混凝土简支梁力学性能研究[D];东北石油大学;2017年

2 高王鑫;钢筋与套管约束CFRP纵筋混合配筋混凝土柱抗震性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年