FRP-混凝土組合梁受力性能試驗研究.pdf

1、纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)以其比強度高、比模量大、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點而受到土木工程界的日益關注,將其用于土建交通基礎設施中以解決鋼材銹蝕問題的相關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受拉強度高、耐腐蝕的優(yōu)點,又充分利用混凝土受壓強度高的優(yōu)點,國內外學者對FRP-混凝土組合結構的形式和受力性能進行了研究。本文在前人提出的由混雜FRP型材和鋼筋混凝土內芯組成的FRP-混凝

2、土組合梁(以下簡稱FRP-RC組合梁)的基礎上,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。
　　 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的設計、施工技術進行了細致的研究,主要內容如下:
　　 首先,在手糊制備出FRP型材的基礎上,開發(fā)了生產大型薄壁FRP型材的真空導入成型工藝,制備出整體性能優(yōu)良、質量穩(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)了相應的施工技術,提出了相應的施工建議。
　　 同時,本文進行了混雜纖維混雜效應的試驗研究和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,研究了采用不同混雜比和不同鋪層方式的混雜效應。通過開展BFRP板與混凝土的雙面拉伸剪切試驗,研究了FRP板與后澆混凝土濕粘結界面以及帶剪力鍵的濕粘結界面的粘結性能；在此基礎

4、上分別提出了適用于濕粘結界面和帶剪力鍵的濕粘結界面(Shear key-wet bonding interface,簡稱SK-WB界面)的粘結滑移本構關系,通過ANSYS有限元軟件進行了SK-WB界面性能的數值模擬；最后提出了SK-WB界面的設計方法。
　　 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,研究了濕粘結界面的混雜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根鋼絲復合BFRP-RC組合梁在重復荷載下受彎性能的試驗研究,對采用帶剪力鍵的濕法外包式組合梁的荷載.位移關系、破壞模式、承載力、剛度、荷載應變關系等進行了較為深入的討論和分析。研究發(fā)現,在單調荷載和重復荷載作用下,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)現界面剝離現象,表明SK-WB界面是一種有效的界面方式。基于平截面假定建立了組合梁受力分析模型,對FRP-RC組合梁的屈服荷載

6、和極限荷載進行了理論推導。將理論分析結果與試驗值進行比較,結果表明計算公式能夠較準確地預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)定并可設計的二次剛度。采用C++語言編寫了基于“條帶法”的有限元程序,并進行了FRP-RC組合梁的非線性有限

7、元全過程分析?；贠pensees有限元軟件建立了考慮卸載和重復加載的有限元模型,對組合梁在反復荷載下的受彎性能進行了數值模擬。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,推導了殘余位移的預測公式,并最終評價了組合梁的可恢復性。經分析后推薦組合梁的二次剛度比設計值宜在(0.10～0.20)的區(qū)間內取值。
　　 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行了理論分析。將縱筋屈服前后的截面彎矩表達為受拉縱筋和

8、FRP應變的函數,推導了增強材料應變不均勻系數的計算公式。通過全過程分析得到了受壓區(qū)混凝土邊緣平均應變綜合系數隨截面彎矩的變化規(guī)律,發(fā)現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算公式；將計算值與本文試驗結果以及全過程分析結果進行了對比,結果表明所提公式具有較好的精度。經過大量文獻數據的驗證,證明了該公式可以推廣到FRP片材加固混凝土梁?？?/p>