不同FRP增强混凝土梁断裂性能试验研究

为了探讨不同种类纤维增强复合材料（FRP）增强带裂缝混凝土的断裂性能,开展了芳纶纤维增强复合材料（AFRP）、碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）增强带裂缝混凝土梁的三点弯曲试验,分析了其断裂性能参数.结果表明：相对于普通混凝土梁试件,FRP对带裂缝混凝土梁的阻裂加固效果更明显;CFRP增强混凝土梁的起裂荷载和失稳荷载均大于AFRP与GFRP增强混凝土梁,CFRP的阻裂增强效果最佳;AFRP增强混凝土梁和CFRP增强混凝土梁的破坏形式均为试件底部混凝土 FRP界面的剥离破坏,GFRP增强混凝土梁的破坏形式为试件底部GFRP的拉断破坏;通过对不同FRP增强混凝土梁阻裂加固机理的分析,计算得出CFRP增强混凝土梁的起裂韧度和失稳韧度最大,且CFRP价格适中,因此使用CFRP对带裂缝混凝土梁进行增强加固的性价比最优.     

FRP筋钢纤维混凝土梁延性性能研究

以钢纤维体积率(0、0.5%、1.0%、1.0%/0)以及玻璃纤维增强复合材料筋(GFRP筋)和碳纤维增强复合材料筋(CFRP筋)两种筋材为试验变量,进行了6根纤维增强复合材料筋(FRP筋)混凝土构件的受弯性能试验,用以评价钢纤维体积率对FRP混凝土构件的延性提升效果。试验结果表明,随着钢纤维掺量的添加,FRP筋混凝土梁的延性指标提升了16%～48%,极限承载力提高了5%～13%,说明钢纤维的掺加对FRP筋混凝土梁的延性指标和承载力有积极作用。     

GFRP筋与超高韧性水泥基复合材料 黏结性能试验研究

纤维增强复合材料筋(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)具有超高的抗拉强度,有望在恶劣环境下代替钢筋使用;但是GFRP筋弹性模量较小,导致GFRP筋增强混凝土结构变形和裂缝宽度较大,影响正常使用。超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)作为一种高性能土木工程建筑材料,与普通混凝土相比具有超高韧性、应变硬化、多级开裂和细密裂缝特征。GFRP筋增强ECC结构能够实现较小的裂缝宽度和超高耐久性能,因此具有良好的应用前景。然而,FRP筋与ECC之间的黏结性能尚不清楚,相关文献较少。拟开展FRP筋与不同强度和韧性的ECC材料的黏结性能试验研究,通过中心拉拔试验,测试其拔出承载力和端部黏结滑移,描述试验现象,分析其黏结滑移曲线特征。分析了ECC材料不同强度和韧性对于黏结性能的影响。研究发现:ECC材料和FRP筋的中心拉拔试验荷载-滑移曲线由上升段,下降段和波浪状的残余段3部分组成;ECC材料较高的强度和韧性对FRP与ECC的黏结强度都发挥着有利的作用;FRP与ECC的黏结强度是ECC强度和韧性综合影响的结果,其并不随着单一因素的提高而提高。     

纤维增强复材筋增强工程用水泥基复合材料-混凝土复合梁受弯性能试验研究

为解决纤维增强复材(FRP)筋混凝土梁裂缝宽度和变形均较大的问题,采用受拉性能优良的工程用水泥基复合材料(ECC)取代FRP筋周围受拉混凝土形成FRP筋ECC-混凝土复合梁。通过对2组FRP筋ECC-混凝土复合梁、1组钢筋ECC-混凝土复合梁(每组5种不同ECC替代高度)的受弯试验,分析试件的开裂、屈服、极限荷载以及各级荷载下试件的挠度、裂缝、纵筋应变、混凝土平均应变。研究表明:钢筋/FRP筋与混凝土/ECC有较好的协同变形能力,ECC与混凝土也有较好的黏结性能;复合梁截面的平均应变均符合平截面假定;复合梁在正常使用状态下,受拉区ECC能充分发挥其应变硬化特性,形成较多细而密的裂缝;FRP筋ECC-混凝土复合梁可有效控制梁的变形值,提高梁的抗弯承载能力。     

复合配筋ECC/混凝土组合梁受弯性能研究

为了进一步研究对高延性纤维水泥基复合材料与混凝土共同作用下的力学性能,提出新型FRP筋-钢筋复合增强ECC/混凝土组合梁构件,将FRP筋配制在梁构件边角处,而ECC仅用于梁构件易于开裂的受拉区。旨在有效提高梁的延性和耐久性。首先,提出ECC简化应力-应变关系模型,采用截面条带法对构件的受弯性能进行分析;结果表明:试验结果与模拟结果吻合较好,验证了模型的可靠性。在此基础上进行参数分析,分析了不同配筋率、ECC层厚度、FRP筋种类等参数对构件受弯性能的影响。结果表明配筋率可大大提高构件的受弯性能;ECC层厚度对梁构件弯矩-曲率曲线影响不大;三种FRP筋中CFRP筋梁的承载力最高而GFRP筋梁的变形性能最好;最后通过对试验数据的拟合,得出曲率-裂缝宽度关系曲线,并分析三种不同因素对梁裂缝宽度的影响。     

GFRP筋海砂混凝土梁受弯性能试验研究

河砂过度开采对生态环境造成了严重的影响,用海砂代替传统混凝土中的河砂,可以解决河砂资源缺乏的问题。但是海砂中含有大量的氯离子,对钢筋具有很强的腐蚀性,而纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)具有优良的耐腐蚀性,能很好地与海砂混凝土共同工作。为探索GFRP筋海砂混凝土梁受弯性能,文中对4根GFRP筋海砂混凝土梁进行受弯试验,获得混凝土强度和配筋率对海砂混凝土梁的裂缝发展、开裂荷载和极限荷载的影响规律,结果表明提高混凝土的强度等级,对开裂荷载有显著的提升;试验梁的配筋率接近界限配筋率时,混凝土强度等级对极限荷载没有影响,同时试验梁以纯弯段为主裂缝;当配筋率远大于界限配筋率时,提高混凝土强度等级,试验梁的极限荷载有明显的提升,同时试验梁以斜裂缝为主裂缝,通过试验为GFRP筋海砂混凝土梁的设计提供参考。     

纤维增强复材筋增强纤维水泥基复材桥面连接板工作性能研究

桥面无缝化设计能够提高桥梁主体结构的耐久性能,是解决桥面伸缩缝维护难题的重要方法。结合高耐腐蚀纤维增强复材(FRP),充分发挥纤维水泥基复合材料(ECC)的高延性。对GFRP筋、BFRP筋和钢筋增强连接板的工作性能、裂缝发展、应变及变形能力进行对比研究,针对GFRP筋连接板设置低配筋率对照组,研究其对整体性能的影响。结果表明,正常服役状态下,连接板最大裂缝宽度均小于限值,满足裂缝宽度要求;钢筋增强连接板的残余变形量远高于FRP增强连接板; FRP筋与ECC较低的刚度差异使得ECC材料多裂缝充分开展; FRP筋连接板主体结构受连接板变形影响较小,且在大变形条件下工作性能良好。依据连接板正常服役筋材应力水平与筋材应力限值,定义连接板正常服役安全系数,定量反映结构构件安全程度。同等配筋率FRP筋增强连接板安全系数均远高于钢筋增强连接板,且GFPR筋配筋率的降低对安全系数影响较小。     

FRP筋混凝土梁的刚度试验研究和理论计算

该文进行了6根简支梁的单调加载试验,试验梁的增强筋分别为普通钢筋、GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋和BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)筋,每组2根梁。分析比较了FRP筋混凝土梁的抗弯刚度、裂缝分布形式等与普通钢筋梁的区别。对依据国内外规范给定的短期抗弯刚度计算公式计算得出的荷载-挠度曲线与试验曲线进行了比较。基于试验研究和机理分析,借助收集的国内外开展的31根FRP筋混凝土梁的试验数据,对现行GB 50608—2010中FRP筋混凝土梁的短期刚度计算公式Bs进行了修正,并对修正公式的适用性进行了校核。试验结果表明:在相近截面配筋率情况下,由于自身较低的弹性模量,FRP筋混凝土梁在开裂后的抗弯刚度要明显低于普通钢筋梁;FRP筋混凝土梁的裂缝间距要大于普通钢筋梁,裂缝显得疏而宽;现有规范大都高估了FPR筋梁的短期抗弯刚度;修正后的短期抗弯刚度计算公式具有很好的适用性,可作为后续规范修订的参考。     

体外预应力FRP筋加固混凝土单向板抗裂及刚度计算方法

通过6块体外预应力玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋加固混凝土单向板的受弯试验,分析GFRP筋张拉应力和配筋率对混凝土单向板抗裂性能和挠度的影响。结果表明,随GFRP筋张拉应力和配筋率的增大,体外预应力GFRP筋混凝土单向板抗裂荷载提高25%~125%,跨中开裂挠度增加35%~159%,跨中屈服挠度增加21%~36%,跨中极限挠度降低13%~34%。结合本文体外预应力GFRP筋加固混凝土单向板和已有文献的体外预应力FRP筋混凝土梁试验结果,提出适合体外预应力FRP筋加固混凝土单向板和梁抗裂及刚度的计算方法。     

盐溶液干湿交替作用下FRP加固梁长期挠度研究

通过5根试件研究盐溶液干湿交替作用下纤维增强聚合物（FRP）加固钢筋混凝土梁的长期变形性能,持载水平为未加固梁极限荷载的30%或60%,FRP种类考虑CFRP和GFRP,盐溶液干湿交替天数为360 d,分析不同持载水平、FRP种类对加固梁长期挠度、裂缝宽度等影响规律。试验结果表明：加固梁前期挠度增长较快,后期趋于稳定;其长期挠度随荷载水平的增加而增大;CFRP加固梁长期挠度小于GFRP加固梁;持载水平为60%极限荷载的CFRP加固梁裂缝宽度总体小于GFRP加固梁;基于试验结果,考虑盐溶液干湿交替作用对FRP材料性能的影响,给出了FRP加固混凝土梁长期挠度计算方法,其计算值与试验值吻合较好。     

玄武岩纤维增强聚合物筋钢纤维高强混凝土梁受弯试验及裂缝宽度计算方法研究

纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土梁受弯挠度过大、裂缝过宽等缺陷严重影响其正常使用性能，为此，将具有优良抗裂与阻裂性能的钢纤维混凝土用于FRP筋混凝土梁，可以有效限制其挠度与裂缝的发展。通过12根玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋/钢筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验，研究了钢纤维体积率、受拉区钢纤维高强混凝土层厚度、BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁裂缝分布与宽度的影响。结果表明，钢纤维的加入能够有效抑制BFRP筋高强混凝土梁的裂缝开展，减小裂缝间距、宽度和裂缝宽度差异性，当荷载为100 kN时，钢纤维体积率为0.5%~2.0%的钢纤维高强混凝土梁的裂缝宽度减小了25.22%~54.78%，裂缝宽度标准差减小了10.00%~68.18%；当受拉区钢纤维混凝土层厚度达到梁截面高度的57%时，其阻裂与限裂效果与全截面掺加钢纤维的效果接近，表明在受拉区中掺加钢纤维以限制BFRP筋混凝土梁裂缝的发展是经济可行的。基于试验和相关文献研究结果，提出了考虑钢纤维影响的BFRP筋钢纤维高强混凝土梁最大裂缝宽度的建议计算方法，该建议方法的计算值与试验值吻合良好。     

配置纤维复材筋和普通钢筋的水泥基复材-混凝土组合梁抗弯性能研究

为了研究配置纤维增强复合材料(FRP)筋和普通钢筋的工程用水泥复合材料(ECC)-混凝土组合梁的抗弯性能,通过四点加载试验测试了具有不同ECC高度替换率的32根混合配置FRP筋和普通钢筋的组合梁弯曲破坏。试验结果表明,由于ECC中纤维材料具有出色的抗拉性能,与具有相同配筋的普通混凝土梁相比,混合梁和ECC梁的开裂、屈服、极限弯矩和刚度都得到了改善,平均裂纹间距和宽度随着ECC高度替换率的增加而减小。尽管传统普通混凝土梁与混合增强复合材料梁的配筋率基本相同,但是混合增强复合材料梁的延性高于普通混凝土梁,配筋的ECC梁由于其出色的变形能力而具有很好的能量消散能力。     

FRP筋与HRB筋混合配筋混凝土梁变形及延性性能试验研究

为了研究FRP筋与普通钢筋(HRB筋)混合配筋混凝土梁变形及延性性能,选用GFRP和BFRP筋材,设计制作了8根混合配筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁,分析了试验梁裂缝以及挠度的变化情况,探讨了混合配筋混凝土梁截面延性系数的计算方法。结果表明:混合配筋混凝土梁裂缝开展机理与钢筋混凝土梁基本相同,相同荷载水平作用下挠度比钢筋混凝土梁增大约20%~90%;延性系数随着配筋率的增大和FRP筋与钢筋面积比的增大而减小,建议混合配筋混凝土梁满足延性要求时配筋率为0.8%~1.26%,FRP筋与钢筋面积比小于1.28。     

GFRP筋混凝土梁抗裂性能理论与试验研究

GFRP筋具有抗拉强度高、重量轻、抗腐蚀、耐疲劳等特点,用它代替混凝土结构中受腐蚀的钢筋具有重要的工程意义。GFRP筋混凝土梁的开裂弯矩是衡量其抗裂性能的重要指标,也是GFRP筋混凝土梁裂缝宽度、挠度以及力学性能计算的重要参数。首先推导了与钢筋混凝土梁开裂弯矩计算方法相衔接的GFRP筋混凝土梁开裂弯矩的计算公式,然后通过7根GFRP筋混凝土简支梁及6根GFRP筋混凝土连续梁试验检验了公式的适用性。试验过程中通过在GFRP筋混凝土梁受压区及受拉区配置不同数量的GFRP筋来研究其开裂过程及开裂荷载。研究结果表明,按照给出的GFRP筋混凝土矩形截面梁正截面开裂弯矩公式得到的理论值与试验值吻合较好,研究成果将为进一步研究GFRP筋混凝土梁的力学性能提供参考。     

箍筋类型对GFRP筋增强混凝土梁性能的影响

传统混凝土结构因钢筋锈蚀带来的安全问题,引起了广泛的关注。FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀等优点,因此被建议替代混凝土结构中的钢筋。为了探究不同类型GFRP箍筋对GFRP筋混凝土梁性能的影响,对配备两种不同箍筋的GFRP筋混凝土梁分别进行了静力加载试验,分析了GFRP筋混凝土梁失效演化过程,讨论了箍筋类型对GFRP筋混凝土梁破坏模式、应力应变状态和荷载位移曲线的影响。最终结果表明：GFRP传统螺纹箍筋梁比GFRP管切割箍筋梁承载能力更高,传统螺纹箍筋转变为管切割箍筋时,梁破坏模式从弯曲破坏变成剪切破坏,GFRP传统螺纹箍筋梁的延性更好。     

GFRP筋增强ECC梁的抗弯性能研究

利用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋取代钢筋作为混凝土结构增强筋可以有效解决侵蚀环境下钢筋锈蚀问题,但存在着延性不足的问题,结构常常呈脆性破坏。研究了GFRP筋高韧性水泥基复合材料(ECC)梁的抗弯性能,并与GFRP筋普通混凝土梁和钢筋混凝土梁进行对比,结果显示GFRP筋ECC梁在抗弯承载力和延性方面均优于GFRP筋普通混凝土梁,并且GFRP筋ECC梁具有类似于钢筋混凝土的塑性破坏特征,不同于GFRP筋普通混凝土梁的脆性破坏。GFRP筋与ECC具有良好的协同工作能力,并且两者均具有优异的耐久性能,因此在海洋工程、冬季撒除冰盐的公路与桥梁工程等领域具有广阔的前景。     

纤维增强复合筋超静定混凝土梁的抗弯性能

采用改进的局部变形模型,对纤维增强复合筋超静定混凝土梁的抗弯性能进行研究。首先提出一个模型并将其性能与由FRP筋加固的简支及连续混凝土梁的试验结果进行对比。然后将模型应用到FRP筋连续梁中来预测弯矩分布,以及弯曲裂缝的形态,包括裂缝间距和裂缝宽度。尤其是该模型具有在梁中的高应变区确定变形的能力。基于理论分析结果,通过比较FRP筋增强的梁与普通钢筋混凝土梁,阐述了混凝土梁的延性和超载性能。所有的结果和相关解释均取决于某些特定假设和模型中的输入参数,尤其取决于FRP筋和混凝土之间的粘结性能。     

有粘结预应力FRP筋混凝土梁抗裂计算方法

关于有粘结预应力FRP筋混凝土梁的抗裂度和裂缝宽度的计算问题,目前我国现行设计规范中尚无相关规定,ACI440.1R—06规范仅给出了非预应力FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度的计算方法。分别应用我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)和ACI318—05规范中适用于普通钢筋混凝土构件的抗裂度公式,计算了国内外30根有粘结预应力FRP筋混凝土梁试件的开裂弯矩。按我国《混凝土结构设计规范》计算的开裂弯矩值与试验结果吻合良好。考虑了FRP筋等效、FRP筋的粘结性能以及环氧涂层钢筋等的影响,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的修正公式和ACI440.1R—06规范对国内外24根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验结果进行计算对比。分析结果表明,文中的计算值与试验结果更为吻合。     

FRP-钢筋混杂配筋混凝土梁抗弯性能

纤维增强复合筋(FRP筋)具有抗拉强度高,重量轻和耐腐蚀性等特点。可以更好地解决钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀问题,对提高结构的耐久性有很大的作用。FRP筋应力-应变关系为线弹性,并且FRP筋的弹性模量相对较小,单独配置FRP筋的混凝土梁的变形和裂缝较大。采用钢筋与FRP筋混杂配筋混凝土梁,相对于钢筋混凝土梁产生的挠度较小。本文介绍了FRP-钢筋混杂配筋混凝土梁的抗弯承载力、最大裂缝和挠度计算方法,为相应的工程应用提供依据。     

方形螺旋箍GFRP筋混凝土柱承载力分析

在恶劣环境下,用纤维增强复合材料(FRP)筋取代钢筋应用于混凝土结构中,正成为解决钢筋锈蚀问题的一种较为普遍的解决方案。目前已有大量FRP筋性能和FRP筋混凝土柱性能的相关研究,但是方形螺旋箍FRP筋混凝土柱的相关研究很少。提出了方形螺旋箍GFRP筋混凝土柱承载力计算公式,并用Abaqus软件对8根柱进行模拟分析,结果表明该公式的计算结果与有限元模拟值吻合较好。