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。     

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。     

FRP筋-ECC-混凝土复合梁受弯性能模拟分析

在三维层面上建立FRP筋-ECC-混凝土复合梁计算模型,通过有限元计算结果与试验数据的对比分析验证了该模型和计算方法的有效性,以此基础上研究了ECC厚度、BFRP筋配筋率和混凝土强度对复合梁抗弯性能的影响规律。研究结果表明:当ECC强度大于混凝土的强度时,受拉区ECC层的厚度越大,复合梁的承载力越高;当ECC强度和混凝土强度相当时,综合考虑构件经济性与力学性能,复合梁受拉区ECC层的厚度取70mm较为理想;增加FRP筋配筋率是提高复合梁承载力的有效手段。     

复合配筋增强工程水泥基复合材料梁受弯性能试验研究

为了研究不同筋材增强工程水泥基复合材料（ECC）受弯构件的力学性能,设计并制作6个几何尺寸相同的试验梁,包括形状记忆合金（SMA）增强ECC（SMA-ECC）梁、GFRP增强ECC（GFRP-ECC）梁、钢绞线增强ECC（SS-ECC）梁、SMA/GFRP增强ECC（SMA/GFRP-ECC）梁、钢筋增强ECC（R-ECC）梁和普通钢筋混凝土（RC）对比梁。通过低周单向循环加载试验,研究相同加载条件下相同配筋率的各试验梁的破坏过程、承载能力、耗能能力、位移延性、残余变形和自复位性能,考察SMA/GFRP-ECC梁的力学性能。结果表明：与普通钢筋混凝土梁相比,复合配筋增强ECC梁在加载过程中呈现出明显的多缝开裂特征,具有更好的延性;与采用其他筋材的复合配筋增强ECC梁相比,SMA/GFRP可以使梁兼具大承载力、高耗能以及自复位能力;SMA/GFRP-ECC梁具有较高承载力、延性以及损伤自修复、位移自复位能力。     

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。     

钢筋增强ECC-RC复合梁研究现状

采用拉应变可达3%~5%、极限受拉破坏时平均裂缝间距和平均裂缝宽度仅为1mm~2mm和60μm~100μm的工程用水泥基复合材料(engineered cementitious composite,ECC)替换普通钢筋混凝土梁受拉区的部分混凝土材料形成ECC-RC复合梁,可提高构件的承载能力、延性和耐久性。文章系统介绍了工程水泥基复合材料的力学性能及其与钢筋粘结的本构关系,并总结了ECC-RC复合梁的弯曲抗裂和正截面承载力的计算理论,以及复合梁界限条件、变形能力、延性和配筋率对ECC梁弯曲性能的影响,可供工程设计人员参考。     

超高强钢筋ECC梁受弯性能试验及承载力分析

为进一步研究工程用水泥基复合材料(ECC)与超高强钢筋组合成的超高强钢筋ECC梁(UHSRRE梁)的受弯性能,对3根UHSRRE梁、1根普通强度钢筋增强ECC梁(RECC梁)和1根普通强度钢筋增强混凝土梁(RC梁)进行弯曲试验,分析弯曲试验现象、ECC应变、延性性能和特征弯矩,并研究纵筋配筋率对UHSRRE梁承载力的影响。结果表明:UHSRRE梁和RECC梁的控裂能力比RC梁的控裂能力强; 与RECC梁相比,UHSRRE梁并未因采用超高强钢筋而使其控裂能力明显下降; UHSRRE梁截面应变基本符合平均应变的平截面假定,梁受拉区边缘的ECC应变小于ECC单轴受拉极限应变,梁受拉区的ECC始终不退出工作; UHSRRE梁受拉区和受压区边缘ECC应变的最大值、受压区高度和特征弯矩(除开裂弯矩)都随纵筋配筋率增加而变大; 随纵筋配筋率增加,UHSRRE梁的能量延性系数先增后减; 当UHSRRE梁具有适当纵筋配筋率时,其延性性能可优于RECC梁的延性性能。     

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。     

钢筋ECC/混凝土复合梁斜截面受剪性能试验研究

基于钢筋ECC/混凝土复合梁的三点弯曲加载试验,主要研究剪跨比、ECC层厚度和配箍率对复合梁受剪性能的影响,研究结果表明,与RC梁相比,当采用同体积同强度的ECC材料替换梁中部分混凝土,复合梁的极限承载力与抗剪延性均明显提高;ECC层的存在还可有效抑制复合梁斜裂缝的开展,并延缓梁内箍筋屈服,且随着ECC层厚度的增大,复合梁的承载力和延性越大;剪跨比依然是决定复合梁破坏形态的关键因素,由于PVA纤维的桥接承拉作用,配箍率较大且ECC层较厚的复合梁,发生剪压破坏时其箍筋更不易屈服。     

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。     

预应力混凝土简支梁复合受力性能分析

设计了一个复合受力作用下预应力钢筋混凝土简支梁,将梁侧不同位置和不同数量的普通钢筋替换为等截面面积的预应力筋并对其适当张拉,建立了四种分析方案。利用ANSYS10.0软件对四种方案的有限元模型进行数值模拟分析,获得混凝土梁变形图、混凝土梁裂缝图。通过分析表明,将预应力混凝土梁部分普通钢筋替换为等截面面积的预应力筋并对其适当张拉的配筋形式,与普通预应力混凝土梁相比,提高了预应力混凝土梁的受力性能。     

混凝土梁侧嵌贴CFRP-PCPs复合筋抗剪加固性能的试验研究

针对混凝土结构容易发生脆性剪切破坏这一特点,通过对8根CFRP-PCPs复合筋嵌贴加固的钢筋混凝土梁的抗剪试验,主要研究CFRP-PCPs复合筋棱柱体对钢筋混凝土梁的抗剪作用和影响,考查了嵌贴加固间距、嵌贴加固方向、复合筋张拉控制应力以及不同复合筋材质对嵌贴加固效果的影响。试验结果表明,CFRP-PCPs复合筋棱柱体对钢筋混凝土梁的抗剪性能有明显的提高。     

碳纤维布加固玄武岩纤维复材筋工程用水泥基复合材料混凝土梁的受弯性能

设计制作了三组不同层数的碳纤维布(CFS)加固受弯构件,分别为玄武岩纤维复材(BFRP)筋混凝土梁、BFRP筋工程用水泥基复合材料(ECC)梁和BFRP筋ECC-混凝土复合梁,并对其进行受弯性能试验研究。研究了碳纤维布粘贴层数对加固试件极限荷载、破坏形态、裂缝和变形的影响。结果表明:相同荷载下,复合梁和ECC梁试件的变形和裂缝宽度均小于普通混凝土梁试件。在受弯构件受拉区配置ECC可有效提高构件抵抗变形和裂缝的能力。经粘贴碳纤维布加固后的试件的开裂荷载和极限荷载均大于未加固试件,粘贴一、二、三层CFS加固的复合梁极限荷载较未加固梁分别增加了12. 5%、16. 6%、19. 7%。粘贴CFS布可有效提高构件的承载力和抵抗变形、裂缝的能力。改善效果随CFS粘贴层数的增加而增大,但提升幅度逐渐减小。     

采用ECC提高RC梁抗弯性能的试验研究

采用国产纤维制成的高性能水泥基复合材料(ECC)替代部分混凝土,形成受拉区部分为ECC的RC/ECC组合梁(RE梁),并与普通钢筋混凝土梁(RC梁)进行抗弯性能对比试验研究。结果表明,RE梁的破坏模式为受剪破坏,极限抗弯承载能力约为RC梁的1.35倍,平均最大跨中挠度约为RC梁的1.5倍;在加载过程中,RE梁的裂缝宽度随荷载的增长速率远远低于RC梁,裂缝数目多、间距小、宽度小。采用ECC替代20%梁高的受拉区混凝土可使梁获得较为优越的抗弯性能。     

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。     

钢筋增强ECC-混凝土复合梁受弯性能试验研究

为研究ECC对钢筋混凝土梁受弯性能的改善,对2组不同配筋率的5种不同ECC替代高度率的钢筋增强ECC-混凝土复合梁进行了静力受弯性能试验。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。研究表明,ECC增强钢筋混凝土复合梁的抗弯承载力高于同配筋率的钢筋混凝土梁,且梁的裂缝细密;当钢筋屈服时,复合梁的裂缝宽度均小于规范的限值;钢筋与ECC、ECC与混凝土黏结良好,可以协调变形,作为整体共同工作。     

FRP筋混凝土梁研究现状

FRP筋具有优异的耐腐蚀性能,同时具有抗拉强度高、疲劳性能优、徐变松弛性能好等优良力学性能,适用于替代普通钢筋和预应力钢筋用于腐蚀环境和特殊工程。介绍了FRP筋的力学性能及其与混凝土、纤维混凝土的粘结性能,并对FRP筋梁、FRP筋与钢筋混合配筋梁、FRP金属复合筋梁、ECC-FRP筋混凝土复合梁的国内外研究现状进行了总结。     

玄武岩筋无机聚合物混凝土梁受弯性能试验研究

钢筋混凝土结构在侵蚀环境中的耐久性问题和减轻钢筋混凝土结构自重近年来成为工程热点问题,为了解决其耐久性问题及减轻结构自重,提出了玄武岩筋无机聚合物混凝土结构体系,研究了玄武岩筋无机聚合物混凝土梁构件的正截面受弯性能。试验结果表明:通过对无机聚合物混凝土和普通混凝土材料性能对比试验,得到无机聚合物混凝土立方体抗压,强度发展和弹性模量等与普通混凝土接近。通过对玄武岩筋无机聚合物混凝土梁构件的正截面受弯试验,得到了其破坏形态、荷载-位移曲线、受力筋和混凝土的应变随荷载变化规律、裂缝开展过程等数据,综合分析了构件的正截面受弯性能,为此类结构的应用提供了试验依据。     

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。     

珊瑚混凝土梁抗弯性能试验研究

珊瑚混凝土是以珊瑚砂石为骨料,采用海水拌和的新型海洋混凝土,对于推进我国海洋工程建设有重大作用。通过与普通混凝土构件进行对比,研究了钢筋珊瑚混凝土梁和CFRP筋珊瑚混凝土梁的抗弯性能,结果显示钢筋珊瑚混凝土梁与普通钢筋混凝土梁的开裂、变形、抗弯承载力等性能均接近,具有良好的工程适用性。CFRP筋和珊瑚混凝土具有良好的协同工作性能,CFRP筋珊瑚混凝土梁的抗弯承载力比按现行FRP规范计算的结果低5%~10%。现有普通混凝土和FRP规范进行适当调整后可用于钢筋珊瑚混凝土和CFRP珊瑚混凝土的设计计算。