混杂钢纤维超高性能混凝土梁裂缝分形理论研究

混凝土梁在受弯过程中表面裂缝分布及演化的宏观特征可以反映其受弯性能,本文基于不同废旧轮胎钢纤维(WTSF)取代率的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁受弯试验结果,利用分形理论分析试验梁表面裂缝开展情况。结果表明,BFRP筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁表面裂缝分布具有分形特征,满足自相似性,分形维数的变化区间为[0.892,1.064]。探讨了梁表面裂缝分形维数与施加荷载值、WTSF取代率、跨中挠度和最大裂缝宽度之间的关系,并分别拟合了WTSF取代率与完全破坏状态下全梁区和纯弯段分形维数的函数关系。分形维数与施加荷载值、跨中挠度和最大裂缝宽度均呈对数函数关系,完全破坏状态下,WTSF取代率变大会增大梁表面裂缝的分形维数,但总体来说不利影响并不明显,研究结果可为超高性能混凝土的工程实际应用提供参考。     

BFRP筋钢纤维再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究不同钢纤维体积掺量vsf(0. 5%、1%、1. 5%、2%),纵筋配筋率ρ,再生骨料取代率R(0、50%、100%)对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁(BFRP-SFRAC梁)抗弯性能的影响,本文对9根BFRP-SFRAC梁和1根钢筋钢纤维再生混凝土梁(对比梁)进行了抗弯试验,分析了其破坏形态、承载力变化过程及挠度变形等情况。结果表明:BFRP-SFRAC梁在达到极限承载力后,其荷载-挠度曲线下降段平滑,表现出较好的延性特征。BFRP-SFRAC梁的抗弯承载力受配筋率ρ和钢纤维体积掺量vsf的影响较大,受再生骨料取代率R的影响较小。随着钢纤维体积掺量vsf的增加,BFRP-SFRAC梁的初裂荷载和极限荷载均增加,但并不一直呈线性增长,而挠度变形有所减小。与对比梁相比,BFRP-SFRAC梁的初裂荷载略低,但极限荷载却明显提高。     

无腹筋BFRP筋混凝土深梁受剪性能研究

在对称集中荷载作用下,对7根无腹筋BFRP筋混凝土深梁进行受剪试验,分析了构件的裂缝发展、破坏形态及不同剪跨比、BFRP筋配筋率、玄武岩纤维体积掺率对构件跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。试验结果表明:各试验梁均发生剪切破坏;相同荷载作用下,跨中挠度随着剪跨比的增大而增大,随着配筋率及玄武岩纤维体积掺率的增大而减小;开裂荷载与极限荷载均随着剪跨比的增大而减小,随着配筋率及玄武岩纤维体积掺率的增大而增大。参照相关规范对试验梁抗剪承载力进行计算,研究结果表明美国ACI 440. 1R-06规范计算值与试验值比较吻合,加拿大CSA. S 806-12规范稳定性较好,中国GB 50608—10规范相对保守,建议采用美国ACI440. 1R-06规范对无腹筋BFRP筋混凝土深梁进行抗剪承载力计算。     

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能研究

设计并制作了3根玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）混凝土梁,并对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况以及极限荷载等。结果表明,受BFRP筋线弹性的材料性质、较低的弹性模量等因素的影响,BFRP筋混凝土梁的受弯工作具有以下特点：(1)构件均发生脆性破坏;(2)构件的开裂荷载和开裂前的挠度受BFRP筋配筋率的影响很小;(3)构件的极限荷载随BFRP筋配筋率的增加而增大;(4)构件的荷载－挠度曲线在混凝土开裂前后均为线性,其转折点对应构件开裂。     

后张无黏结预应力BFRP筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用后张法,制作了玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）无黏结部分预应力混凝土梁、BFRP筋无黏结全预应力梁以及对比用BFRP筋非预应力梁,对其受弯性能进行对比试验,并对BFRP筋无黏结部分预应力梁中非预应力钢筋的配筋率对受弯性能的影响进行了研究。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以明显提高梁的抗裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度,改善BFRP筋混凝土梁的正常使用性能;与全预应力梁相比,配置有非预应力钢筋的部分预应力BFRP筋梁的延性更好;且随着非预应力钢筋配筋率的增加,梁的屈服荷载和极限荷载随之提高,裂缝间距、极限裂缝宽度则随之减小。     

先张法预应力玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用先张法工艺设计制作了1根全预应力玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)混凝十梁,2根部分预应力BFRP筋混凝土梁和1根普通BFRP筋混凝土梁,对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况、屈服荷载和极限荷载等性能。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以提高梁的杭裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度;非预应力钢筋的配筋率越大,梁的极限抗弯承载力越大,在BFRP筋配筋率相同的情况下,全预应力梁和非预应力梁的极限抗弯承载力相当;在预应力梁中采用非预应力钢筋,可以减小裂缝宽度间距,并且提高梁的延性;全预应力梁和非预应力梁在纯弯段上的裂缝数量和裂缝分布基本相同,部分预应力梁的裂缝数量明显多于全预应力梁和非预应力梁。     

玄武岩纤维筋全再生混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

通过4根玄武岩纤维筋与4根钢筋再生混凝土无腹筋梁的受剪试验,研究采用100%粗骨料取代率的再生混凝土梁的裂缝开展、破坏等情况;分析不同纵筋类型下,剪跨比、纵向配筋率和混凝土抗压强度对梁开裂荷载、极限承载力和跨中挠度变化的影响。比较中国规范(GB 50608—2010)、美国规范(ACI 440.1R-06)、加拿大规范(CSA.S 806-12)中规定的计算方法对玄武岩纤维筋再生混凝土梁受剪承载力的适用性。研究结果表明:钢筋再生混凝土梁的受力性能类似于传统的钢筋混凝土梁,而玄武岩纤维筋再生混凝土梁在荷载作用下,裂缝扩展较快且宽度更大;中国规范(GB 50608—2010)对试验梁抗剪承载力的计算值过于保守,美国规范(ACI 440.1R-06)最为接近,加拿大规范(CSA.S 806-12)次之。     

FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度与延性研究

为提高纤维增强聚合物(FRP)筋异强混凝土叠浇梁的抗弯性能与延性,研究了钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度对FRP筋异强混凝土叠浇梁的影响。以钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)与钢纤维混凝土叠浇层厚度(0 mm、180 mm、210 mm、300 mm)为变量,对6根FRP筋异强混凝土叠浇梁进行三分点弯曲试验,并对试验梁的破坏过程、破坏形态、裂缝宽度以及跨中挠度进行分析。研究结果表明:钢纤维的掺入改善了FRP筋异强混凝土叠浇梁的受力性能,使其由脆性破坏向延性破坏发展;随着钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度的增加,FRP筋异强混凝土叠浇梁的极限承载力提高了9%~33%,抗弯性能提升了4%~21%,延性提升了22%~89%。基于试验与理论分析,建立了钢纤维作用下的FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度计算公式与延性评价方法。     

BFRP筋再生混凝土梁抗弯性能试验研究

通过7根玄武岩纤维(BFRP)筋再生混凝土梁和1根钢筋再生混凝土梁的抗弯性能试验,研究了不同纵筋配筋率与再生骨料取代率对BFRP筋再生混凝土梁受弯性能的影响,分析其承载力变化过程、破坏形态、挠度变形与裂缝发展情况,并与钢筋再生混凝土梁进行对比。结果表明,BFRP筋再生混凝土梁的破坏形式有少筋和超筋破坏两种,分别由BFRP筋拉断和受压区再生混凝土压碎控制。合理配筋的BFRP筋再生混凝土梁破坏前产生的挠度较大,且受拉BFRP筋的应变也较大,说明合理配筋的BRPP筋再生混凝土梁具有一定的延性,能较好地发挥两种材料的性能。BFRP筋再生混凝土梁的裂缝宽度和裂缝条数受再生骨料取代率影响较小,而受配筋率影响较大。此外,BFRP筋再生混凝土梁的初裂荷载相比钢筋再生混凝土梁略低,但极限荷载却有明显提高。     

基于分形理论和扩展有限元法的钢纤维混凝土损伤破坏机理

为研究钢纤维混凝土损伤破坏过程和裂纹发展演化机理,基于分形理论和扩展有限元法,建立钢纤维混凝土立方体抗拉试验细观有限元模型和切口梁三点弯曲试验有限元模型,以相关试验测试结果为基础,比较验证了所建有限元分析模型的可靠性。以裂纹分形维数表征钢纤维混凝土损伤演化过程,考察不同钢纤维体积掺量和长度、粗骨料形状等重要因素对钢纤维混凝土损伤演化过程的影响。结果表明,基于裂纹分形维数的损伤值可以较好地反映钢纤维混凝土的损伤演化过程及特征,钢纤维体积掺量、长度的增加和骨料形状的不规则化会延缓钢纤维混凝土立方体试件的损伤演化过程,钢纤维体积掺量、初始裂纹距跨中距离的增加和初始裂纹缝高比的减小可在较小程度上延缓钢纤维混凝土切口梁的损伤演化过程。