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。     

基于SMA/ECC的新型自复位框架节#br# 点抗震性能试验研究

为了提高框架节点塑性铰区损伤自修复自复位能力,减小结构的残余变形,实现框架结构震后结构功能的快速恢复,文章采用超弹性SMA筋和超高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)增强RC框架节点的抗震性能。设计制作了5个1/2缩尺比例框架节点,其中2个为考虑了梁端塑性铰区不同长度的SMA增强ECC节点模型,3个为对比节点模型,即普通混凝土节点、ECC增强混凝土节点和SMA增强混凝土节点。在新型SMA/ECC节点梁端塑性铰区,采用超弹性NiTi-SMA筋代替普通纵筋、ECC代替普通混凝土以增强其复位能力和耗能能力。通过低周往复加载试验,研究了新型节点的破坏过程、耗能能力、位移延性、残余变形和自复位性能。试验结果研究表明：往复荷载作用下,SMA节点均呈现“旗帜形”滞回性能,具有良好的自复位能力;ECC材料够优化框架节点梁端塑性铰的发展,提高结构的延性及耗能能力,延缓结构的屈服;SMA/ECC复合材料系统虽然会降低结构的初始刚度,但能够显著提高节点的延性及自复位能力,延缓刚度退化速度,提高结构抗侧移能力,可以实现结构损伤自修复和功能的快速恢复;覆盖梁端塑性铰区,SMA的长度的改变对自复位性能影响不大。     

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。     

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。     

ECC梁的力学性能试验研究

研究了PP ECC梁的四点弯曲试验性能,制作了钢筋增强PP ECC梁,钢绞线GFRP筋增强PPECC梁,素PP ECC梁和普通钢筋混凝土梁4组试件。在试验研究中,主要考虑了配筋率、龄期等参数,对比了钢筋增强PP ECC梁、钢绞线GFRP筋增强PP ECC梁、素ECC梁与普通钢筋混凝土梁的弯曲性能,测试了试件的开裂荷载、裂缝的开展、各级荷载下的应变以及试件的极限荷载,验证了平截面假定。结果表明,对不同配筋率的PP ECC梁,配筋率越大,极限承载力增加,但极限变形减小,裂缝宽度的变化不明显。同一配筋率下,PP ECC梁比普通钢筋混凝土梁具有更高的承载力和变形性能,在屈服时刻裂缝宽度可控制在0.1mm以内。     

功能自恢复预制装配式梁柱节点抗震性能试验研究

为提高预制装配式混凝土梁柱节点的抗震性能,提出利用SMA和ECC材料对预制梁柱节点进行连接。该试验共设计浇筑4个1/2缩尺比例试件,其中包括3个对比试件(现浇钢筋混凝土梁柱节点、预制装配式钢筋混凝土梁柱节点、预制装配式ECC增强梁柱节点)和1个模型节点(预制装配式SMA/ECC增强梁柱节点)。通过低周往复加载试验,分析了各个梁柱节点的破坏机理、承载力和自复位性能,研究了新型材料SMA和ECC应用到预制装配式梁柱节点连接处对梁柱节点性能的影响。研究结果表明：将SMA以及ECC应用到装配式梁柱节点中,虽然会降低节点的初始刚度和耗能能力,但是能够降低节点的残余变形和刚度退化速度,增强节点的延性和自复位能力,节点具有较好的震后功能自恢复能力。     

钢筋混凝土/ECC组合梁-柱节点抗震性能的试验研究

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种具有应变硬化特性和多裂缝开展机制的新型建筑材料。对于钢筋混凝土构件,用ECC材料代替混凝土能够有效提高构件的强度和延性性能。文章对普通钢筋混凝土梁-柱节点和钢筋混凝土/ECC组合梁-柱节点构件进行了低周反复加载试验研究。结果表明:对于节点区未配箍筋的节点构件,在节点区用ECC材料代替混凝土能够显著提高构件的承载力、变形及延性性能;钢筋混凝土/ECC组合梁-柱节点构件的抗震性能比在节点区配置箍筋的钢筋混凝土节点也要更优越。     

基于SMA和ECC复合材料的功能自恢复剪力墙#br# 抗震性能试验研究

剪力墙作为高层建筑广泛采用的水平抗侧力构件,承担着结构绝大部分的水平地震作用。因此,剪力墙受力性能的优劣对整个建筑结构的抗震性能尤为重要。为提高剪力墙的变形能力,减小剪力墙的损伤和残余变形,实现震后的快速恢复,提出一种具有自复位功能的剪力墙。在该剪力墙塑性铰区采用形状记忆合金筋(Shape Memory Alloy,简称SMA)替代纵向钢筋,实现墙体的自复位功能;采用工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)替代普通混凝土,解决混凝土的脆性剥落损伤。为检验新型剪力墙的抗震性能,设计制作4个剪力墙试件,分别为普通混凝土剪力墙、高延性ECC增强剪力墙、超弹性SMA增强剪力墙和SMA和ECC共同增强剪力墙,并进行低周往复荷载试验,对比分析剪力墙的破坏模式以及承载力、自复位能力、延性、耗能能力等抗震性能。研究结果表明：与普通钢筋混凝土剪力墙相比,SMA和ECC共同增强剪力墙不仅损伤小,实现功能的快速修复,而且自复位能力达到85%以上,构件复位效果显著;同时表现出较好的延性。     

ECC增强钢筋混凝土复合受弯梁试验研究

试验设计并制作了3种配筋、5种替换高度的试验梁共15根,并对试验梁进行四点弯曲试验,研究不同工程水泥基复合材料(ECC)替换高度、配筋类型对复合梁受弯性能的影响。试验分析了整个加载过程试验梁的承载力、变形、钢筋变形协调性及裂缝变化情况和规律。研究表明:所有试验梁均满足平截面假定;配筋相同时,ECC-RC复合梁的承载力较普通混凝土梁有明显提高,且配筋率较小试验梁的承载力和抵抗变形能力提高更为突出;钢筋与ECC有较好的协调变形能力,ECC与普通混凝土粘结良好;ECC可有效改善混凝土梁的抗裂性能。     

基于SMA和ECC复合材料的功能自恢复剪力墙抗震性能试验研究

剪力墙作为高层建筑广泛采用的水平抗侧力构件,承担着结构绝大部分的水平地震作用。因此,剪力墙受力性能的优劣对整个建筑结构的抗震性能尤为重要。为提高剪力墙的变形能力,减小剪力墙的损伤和残余变形,实现震后的快速恢复,提出一种具有自复位功能的剪力墙。在该剪力墙塑性铰区采用形状记忆合金筋(Shape Memory Alloy,简称SMA)替代纵向钢筋,实现墙体的自复位功能;采用工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)替代普通混凝土,解决混凝土的脆性剥落损伤。为检验新型剪力墙的抗震性能,设计制作4个剪力墙试件,分别为普通混凝土剪力墙、高延性ECC增强剪力墙、超弹性SMA增强剪力墙和SMA和ECC共同增强剪力墙,并进行低周往复荷载试验,对比分析剪力墙的破坏模式以及承载力、自复位能力、延性、耗能能力等抗震性能。研究结果表明:与普通钢筋混凝土剪力墙相比,SMA和ECC共同增强剪力墙不仅损伤小,实现功能的快速修复,而且自复位能力达到85%以上,构件复位效果显著;同时表现出较好的延性。     

内嵌钢板混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善传统高层建筑剪力墙连梁的抗震性能,设计并制作3个内嵌钢板混凝土组合(SPC)连梁和1个交叉斜筋钢筋混凝土连梁试件并进行低周往复加载试验。试件变化参数包括连梁纵筋配筋率和配板形式。对比分析各连梁的破坏过程、滞回性能、耗能能力、强刚度退化、承载力、延性以及变形能力等。结果表明,连梁试件发生弯剪和弯曲两种破坏模式;增大连梁纵筋配筋率在提高承载力的同时降低了试件的延性变形;在配板率相同情况下,钢板形式由单钢板改变为拉结双层钢板,连梁受力性能相似,当单层钢板厚度较大时可采用双层钢板设计方案;钢板的设置可有效提高试件的承载力与延性,较好改善滞回曲线的捏拢效应,同时参与连梁端部塑性铰区的抗弯,提供较大的抵抗弯矩,钢板的受压作用也可提高塑性铰的转动能力。与交叉配筋钢筋混凝土连梁相比,利用钢板良好的承载力和延性变形能力,内嵌钢板混凝土组合连梁具有稳定的滞回性能和耗能能力且施工简单,其综合抗震性能优于传统配筋混凝土连梁。     

Experimental study on seismic behavior of BFRP-plate-reinforced composite double coupling beams

为研究BFRP-钢板-混凝土组合双连梁的受力性能和破坏机理，完成了1个普通钢筋混凝土单连梁、1个普通钢筋混凝土双连梁、1个内置钢板的钢筋混凝土双连梁、1个外包BFRP布的钢板-混凝土组合双连梁的低周往复加载试验，研究了不同连梁形式和外包BFRP布对其抗震性能的影响，分析了各连梁的破坏形态、破坏特征、承载能力、变形能力和耗能能力等，并利用数字图像相关（DIC）测试技术分析了BFRP布应变随位移和时间变化的分布规律。结果表明：内置钢板和包裹BFRP布后，双连梁的延性、耗能和承载力均有显著提高；内置钢板显著提高了普通钢筋混凝土双连梁的承载能力和耗能能力，包裹BFRP布有效地提高了钢板-混凝土组合双连梁的持荷能力，BFRP布能较好地抑制混凝土裂缝的开展以及延缓混凝土的破坏速度。DIC测试技术能够较好地测定连梁外包BFRP布的变形以及应变变化，BFRP布在靠近梁墙交界处所受的力较大。     

BFRP-钢板-混凝土组合双连梁抗震性能试验研究

为研究BFRP-钢板-混凝土组合双连梁的受力性能和破坏机理,完成了1个普通钢筋混凝土单连梁、1个普通钢筋混凝土双连梁、1个内置钢板的钢筋混凝土双连梁、1个外包BFRP布的钢板-混凝土组合双连梁的低周往复加载试验,研究了不同连梁形式和外包BFRP布对其抗震性能的影响,分析了各连梁的破坏形态、破坏特征、承载能力、变形能力和耗能能力等,并利用数字图像相关（DIC）测试技术分析了BFRP布应变随位移和时间变化的分布规律。结果表明：内置钢板和包裹BFRP布后,双连梁的延性、耗能和承载力均有显著提高;内置钢板显著提高了普通钢筋混凝土双连梁的承载能力和耗能能力,包裹BFRP布有效地提高了钢板-混凝土组合双连梁的持荷能力,BFRP布能较好地抑制混凝土裂缝的开展以及延缓混凝土的破坏速度。DIC测试技术能够较好地测定连梁外包BFRP布的变形以及应变变化,BFRP布在靠近梁墙交界处所受的力较大。     

Experimental study on seismic behavior and shear capacity of FRC coupling beams with small span-to-depth ratio

为了改善小跨高比连梁的抗震性能,采用纤维增强混凝土（FRC）替代连梁中的普通混凝土,考虑跨高比、箍筋间距和FRC强度等因素的影响,设计了7个小跨高比FRC连梁试件和1个普通混凝土连梁对比试件。通过拟静力试验,观察连梁试件在低周反复荷载作用下的破坏过程和形态,研究其滞回特性、变形能力、耗能能力及刚度退化等。结果表明：8个小跨高比连梁试件发生了剪切破坏或弯曲剪切破坏;跨高比和配筋相同的FRC连梁的受剪承载力和位移延性系数比普通混凝土连梁分别提高了9.71%和24.31%,达到破坏荷载时的累积耗能是普通混凝土连梁的1.5倍,采用FRC可提高连梁的承载能力、延性和耗能能力;随着跨高比增大和箍筋数量的增加,连梁的变形和耗能能力提高。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比连梁的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。     

Flexural behavior of GFRP-reinforced concrete encased steel composite beams

To improve the ductility and meanwhile ensure satisfactory corrosion-resistant performance, a new type of FRP-reinforced concrete encased steel (FRP-RCS) composite beams comprised of ductile structural steel shapes in combination with corrosion-resistant FRP-reinforced concrete was proposed and studied. An experimental investigation on flexural behavior of the proposed FRP-RCS beams was conducted by testing a total of seven simply supported beam specimens subjected to four-point bending loads. The test specimens included one FRP-reinforced concrete (FRP-RC) beam reinforced with GFRP bars only and six FRP-RCS beams reinforced with both GFRP bars and encased structural steel shapes. The main parameters considered in this study were concrete compressive strength, amounts of GFRP reinforcement as well as ratio and configuration of encased structural steel shapes. The test results indicate that using encased steel shapes can provide a significant enhancement in load carrying capacity, stiffness, ductility and energy absorption capacity of tested beams. The tested FRP-RC beam suffered a brittle failure caused by the sudden fracture of tensile GFRP bars whereas the proposed FRP-RCS beams behaved in a ductile manner mainly due to the beneficial residual strength of encased steel shapes following concrete crushing. In addition, an analytical method was suggested to predict the load carrying capacity of the proposed FRP-RCS beams.     

Experimental study on flexural behavior of ECC/RC composite beams with U-shaped ECC permanent formwork

To enhance the durability of a reinforced concrete structure, engineered cementitious composite (ECC), which exhibits high tensile ductility and good crack control ability, is considered a promising alternative to conventional concrete. However, broad application of ECC is hindered by its high cost. This paper presents a new means to address this issue by introducing a composite beam with a U-shaped ECC permanent formwork and infill concrete. The flexural performance of the ECC/RC composite beam has been investigated experimentally with eight specimens. According to the test results, the failure of a composite beam with a U-shaped ECC formwork is initiated by the crushing of compressive concrete rather than debonding, even if the surface between the ECC and the concrete is smooth as-finished. Under the same reinforcement configurations, ECC/RC composite beams exhibit increases in flexural performance in terms of ductility, load-carrying capacity, and damage tolerance compared with the counterpart ordinary RC beam. Furthermore, a theoretical model based on the strip method is proposed to predict the moment-curvature responses of ECC/RC composite beams, and a simplified method based on the equivalent rectangular stress distribution approach has also evolved. The theoretical results are found to be in good agreement with the test data.     

对角斜筋小跨高比纤维增强混凝土连梁抗震性能试验研究

为满足小跨高比连梁承载力、延性及耗能的要求,同时避免由于钢筋密集导致的施工困难,采用纤维增强混凝土（FRC）代替普通混凝土作为连梁基体,完成了4个对角斜筋小跨高比FRC连梁试件与1个混凝土连梁对比试件的拟静力试验,分析其破坏过程、破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等。分析结果表明：FRC可提高连梁的承载力、延性和耗能能力;对角斜筋FRC连梁在主斜裂缝出现前,已具有很高的受剪承载力和变形能力以及良好的抗损伤能力,能够满足强震下的承载力和变形需求,强震后无需修复或稍加修复即可继续使用。     

GFRP套管钢筋混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究GFRP套管钢筋混凝土短柱的轴压力学性能,进行了22个GFRP套管钢筋混凝土短柱和6个无GFRP套管约束的钢筋混凝土短柱对比试验。研究了影响GFRP套管钢筋混凝土组合短柱轴压力学性能的主要因素,包括GFRP套管不同的受力方式、混凝土强度、纵筋配筋率等。试验结果表明:由于GFRP套管的约束,提高了核心混凝土的强度,增大了核心混凝土的变形能力;GFRP套管在不同的受力方式下,组合短柱的轴压承载力和变形基本相同;GFRP套管内配置纵筋可提高GFRP套管混凝土短柱的轴压承载力,适当提高纵筋配筋率可改善短柱的延性。根据试验结果及现有FRP管约束混凝土轴心抗压强度计算公式,建议了GFRP套管钢筋混凝土短柱承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。