BFRP筋钢纤维部分增强再生混凝土梁抗弯性能研究

设计了7根BFRP筋钢纤维再生混凝土梁,研究了钢纤维体积掺量(vsf)和钢纤维混凝土层厚度(hsf)对试验梁抗弯性能的影响,分析了各试验梁受弯破坏模式、承载力变化、裂缝发展及挠度变形。试验结果表明:钢纤维体积掺量和钢纤维混凝土层厚度均对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁受弯承载力具有一定的影响。随着钢纤维体积掺量的提高,BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的开裂荷载和极限荷载均有一定程度的增加,但并非线性增长。同时,发现在混凝土受拉区掺入钢纤维可有效降低BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的挠度,抑制裂缝的发展;且随着钢纤维再生混凝土层厚度的增加,试验梁的极限承载力逐渐增加,当刚纤维掺量为1%,截面高度为全截面高度的0.6倍时,梁受弯承载力为全截面钢纤维再生混凝土梁的91.5%。     

长期持荷后玄武岩纤维增强聚合物筋钢纤维高强混凝土梁在重复荷载下的变形性能

为了研究经历长期持荷后的玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋钢纤维高强混凝土梁在重复荷载作用下的变形性能,进行了7根BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯试验,分析BFRP筋配筋率、钢纤维体积率以及加载水平等因素对梁的变形性能的影响。结果表明:经过10次卸载、加载循环后,受力BFRP筋与混凝土之间的黏结性能没有发生退化;荷载水平、钢纤维掺量及BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的加载-卸载挠度曲线及挠度恢复能力有不同程度的影响;BFRP筋钢纤维高强混凝土梁具有较高的变形恢复能力和良好的抗重复荷载性能。     

BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁受弯性能研究

以不同钢纤维掺入率（0、0.5%、1%、1.5%）、受压区钢纤维混凝土不同厚度为试验变量,设计了7根玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）部分增强钢纤维混凝土梁进行受弯性能试验,研究不同钢纤维体积率以及钢纤维在混凝土中的不同厚度对BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁受弯性能的提升效果。试验结果表明：在受压区掺入钢纤维,其极限承载力约可提高8%～35%,开裂荷载约可提高10%～30%,跨中挠度约可减小25%;同一钢纤维体积率下,部分截面掺加钢纤维的混凝土梁的极限承载力与全截面掺加钢纤维的混凝土梁的极限承载力相近。仅在梁受压区掺入钢纤维,可高效利用BFRP筋与钢纤维的增强增韧作用,进而提高梁的受弯性能。基于修正的钢纤维混凝土受压应力-应变模型和结构设计原理,建立了BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁的受弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

BFRP筋纤维混凝土梁裂缝分析研究

针对BFRP筋混凝土结构受弯时出现裂缝较大的特点,在BFRP筋混凝土梁中加入短切玄武岩纤维,探究了其裂缝的改善情况,并完成了3种纤维体积掺量和3种配筋率下的BFRP筋纤维混凝土梁的抗弯试验,得出了玄武岩纤维体积掺量和配筋率对BFRP筋纤维混凝土梁裂缝的影响规律。     

FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力试验

通过9根FRP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和FRP筋配筋率对FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯破坏形态及受弯承载力的影响。结果表明,FRP筋钢纤维高强混凝土梁的破坏模式可分为钢纤维混凝土受压破坏、FRP筋受拉破坏以及平衡破坏,其破坏模式受FRP筋配筋率和钢纤维体积率的影响;钢纤维的加入对FRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力有一定提高,但钢纤维体积率的增大对其受弯承载力无显著影响;FRP筋配筋率对于FRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力影响显著,随着FRP筋配筋率的增大梁的受弯承载力逐渐提高。     

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。     

BFRP筋再生混凝土无腹筋梁挠度试验研究

通过7根BFRP筋和3根钢筋再生混凝土无腹筋梁四分点加载试验,对比分析了纵筋种类、剪跨比、BFRP筋配筋率、再生混凝土抗压强度对BFRP筋再生混凝土梁跨中挠度的影响。结果表明:钢筋屈服前,BFRP筋梁跨中挠度随荷载增加的斜率比钢筋梁大;钢筋屈服后,BFRP筋梁荷载-跨中挠度曲线的切线刚度比钢筋梁大;在同种荷载作用下,试件的跨中挠度随配筋率的增大而减小,随剪跨比的增加而增大;再生混凝土抗压强度对试验梁跨中挠度无明显影响。参照不同设计规范对BFRP筋梁跨中挠度进行了计算,结果表明:在50%极限荷载、70%极限荷载和极限荷载下,ACI 440.1R-03规范值与试验值吻合较差,GB 50608—2010规范对挠度的计算更合理,建议采用GB 50608—2010规范对BFRP筋再生混凝土无腹筋梁跨中挠度进行计算。     

BFRP筋再生混凝土无腹筋梁开裂荷载试验研究

通过对9根BFRP筋再生混凝土无腹筋梁的抗剪性能试验,研究了BFRP筋配筋率、剪跨比、截面高度和混凝土抗压强度对开裂荷载的影响。试验表明:BFRP筋再生混凝土梁的开裂荷载随着剪跨比的增大而逐渐减小;一定范围内,提高再生混凝土抗压强度、BFRP筋配筋率和截面高度能增大试验梁的开裂荷载。将试验梁的开裂荷载试验值与三种不同开裂荷载计算方法得到的理论值进行比较分析,得出当前的开裂荷载计算方法已经不再适合BFRP筋再生混凝土无腹筋梁开裂荷载的计算。     

钢筋超高性能纤维混凝土梁抗弯性能研究

通过8根采用自密实和常温标准养护制成的试验梁的静力加载试验,研究不同配筋率受弯构件的抗弯性能。试验结果表明:与相同基体强度和配筋率的钢筋混凝土梁相比,加入钢纤维后梁的极限承载力提高约13%,位移延性系数提高158%;加入钢纤维后梁的初裂荷载、裂缝宽度为0.1 mm时的荷载值占极限荷载的比例较对比梁大幅度提高,但裂缝宽度为0.2 mm时的荷载值与对比梁差别不大;随着钢筋配筋率的提高,试验梁极限承载力会相应的提高,相对于配筋率为0.86%的梁,配筋率分别为1.52%、2.38%时,梁的抗弯承载力分别提高72%、113%;参照CECS 38∶2004《纤维混凝土结构设计规程》,提出了钢筋超高性能纤维混凝土受弯构件正截面抗弯承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

无腹筋玄武岩纤维筋再生混凝土梁抗剪性能

通过对再生粗骨料取代率、剪跨比、配筋率为参考因素的玄武岩复材(BFRP)筋再生混凝土梁抗剪性能试验研究,分析梁的裂缝扩展和破坏模式以及再生粗骨料取代率、剪跨比和配筋率对试验梁抗剪承载力的影响,并将试验结果与中、美、日、加四个国家的技术标准推荐算式的计算结果进行比较。结果表明:BFRP筋混凝土梁主要发生两种剪切破坏,其中9根试验梁发生剪压破坏,2根试验梁发生斜拉破坏; BFRP筋混凝土梁挠度随BFRP配筋率和剪跨比的增大均减小,当再生粗骨料取代率为30%、60%时,BFRP筋再生混凝土梁挠度与BFRP筋普通混凝土梁差别不大; BFRP筋再生混凝土梁抗剪承载力低于BFRP筋普通混凝土梁;美国标准ACI 440. 1R-15的计算值最保守,中国标准GB 50608—2010、日本标准JSCE 1997次之,而加拿大标准CSA.S 806-12在计算BFRP筋再生混凝土梁抗剪承载力时吻合度更好并具有安全度。     

无腹筋玄武岩纤维复材筋再生混凝土深受弯构件抗剪性能

为研究无腹筋玄武岩纤维(BFRP)筋再生混凝土深受弯构件的破坏模式、开裂荷载、极限荷载、裂缝扩展趋势及变形性能,对9根BFRP筋再生混凝土深受弯构件进行四分点集中力加载试验。考虑影响深受弯构件抗剪性能的主要因素:剪跨比、再生混凝土抗压强度、BFRP筋配筋率、截面有效高度。在此基础上利用ANSYS建立非线性有限元模型进行对比分析。研究结果表明:有限元分析结果与试验结果基本一致;试验梁的抗剪承载力随剪跨比的增大而减小,随纵向BFRP筋配筋率、截面有效高度和再生混凝土抗压强度的提高而呈上升趋势;模拟较好地反映了裂缝发展趋势及BFRP筋的应变;但试验梁的荷载-变形曲线与模拟结果有一定偏差,仍需进一步研究。     

钢纤维高强混凝土牛腿受剪性能试验研究

通过集中竖向荷载作用下9根剪跨比为0.2~0.4、钢纤维体积掺量为0~1.5%钢纤维高强混凝土双面支撑牛腿的受剪性能试验,研究剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量对牛腿试件开裂荷载、极限荷载及破坏形态的影响。采用我国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中牛腿承载力计算方法对9根试件进行计算,并与采用拉压杆模型的规范ACI 318-14、EN 1992-1-1:2004和CSA A23.3-04的计算结果进行对比分析。研究结果表明：小剪跨比混凝土牛腿主要发生斜压破坏和斜剪破坏两种典型破坏形态,随剪跨比增大,牛腿承载力显著减小;提高钢纤维体积掺量,有助于提高牛腿开裂荷载和延性;随着纵向配筋率的提高,牛腿承载力显著提高;提高箍筋配筋率有利于提高牛腿开裂荷载和受剪承载力。由于牛腿同时承受正应力和剪应力的作用,属于复杂受力状态,采用拉压杆模型计算牛腿承载力具有清晰的力学概念,但计算结果较为保守,各参数取值尚需进一步研究;而GB 50010—2010中采用经验公式计算牛腿的受剪承载力,与试验结果较为接近。     

玄武岩纤维筋海砂混凝土梁受弯性能试验研究

用玄武岩纤维(BFRP)筋替代钢筋作为未经淡化处理的海砂混凝土结构的受力筋材,进行了2种强度和4种配筋率的BFRP筋海砂混凝土梁的实验研究,包括海砂混凝土材料的抗压性能、海砂混凝土梁构件的受弯性能,对梁的开裂荷载、极限承载力、裂缝宽度、破坏形态、荷载-挠度曲线等进行了分析,探讨了混凝土强度和配筋率对梁承载力的影响,并给出设计建议。     

玄武岩纤维复材筋混凝土梁受弯性能试验研究

利用玄武岩纤维(BFRP)复材筋等强度替代钢筋、等截面替代钢筋以及与钢筋混合配筋形式制作混凝土简支梁,对其进行受弯性能试验,研究不同配筋形式和不同配筋率对梁受弯性能的影响,分析混凝土简支梁的跨中挠度、裂缝分布及宽度、受拉筋应变和承载力,通过对比试验值和理论值,分析试验梁破坏模式。结果表明:在相同荷载作用下,BFRP筋混凝土梁的挠度大于钢筋混凝土梁,而混合配筋混凝土梁介于两者之间;相同配筋率时,BFRP筋混凝土梁的承载力比钢筋混凝土梁的承载力低,尽管BFRP筋没有明显的屈服点,但混合配筋混凝土梁仍表现出较好的延性,为受压区混凝土压碎破坏,在梁完全破坏前提供明显的预兆,破坏模式为适筋破坏; BFRP筋混凝土梁和混合配筋混凝土梁的截面都基本满足平截面假定。     

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。     

玄武岩纤维增强材料筋混凝土梁试验及开裂弯矩计算

通过对5根玄武岩纤维增强材料(BFRP)筋混凝土梁的受弯性能试验,研究BFRP筋配筋率和混凝土强度对开裂弯矩的影响规律。基于普通钢筋混凝土梁开裂弯矩计算方法,结合混凝土受拉应力-应变关系,给出截面抵抗矩塑性影响系数关于配筋率和混凝土强度的关系曲线,建立BFRP筋混凝土梁开裂弯矩的计算模型。并用试验数据验证建议计算模型的正确性,结果表明:建议计算模型能有效预测BFRP筋混凝土梁的开裂弯矩。     

钢纤维大粒径再生粗骨料混凝土梁受弯性能试验研究

为研究掺入钢纤维的大粒径再生粗骨料混凝土梁的受弯性能,设计了 4根再生混凝土梁,主要设计参数为钢纤维掺量、再生粗骨料取代率、碳纤维布(CFRP布)加固.通过单调加载试验对4根梁的破坏特征、荷载-挠度曲线、钢筋应变以及抗弯承载力进行了研究,并采用ABAQUS有限元软件对4根梁进行了建模分析.结果表明,各试件梁均发生受弯破坏且平截面假定仍然成立;再生粗骨料取代率为50％和100％时,梁的承载力分别提高约8.4％和2.8％,采用碳纤维布加固后梁的承载力提高约7％;ABAQUS有限元软件分析结果与试验结果符合较好,基于现行规范公式得到的各试件梁极限抗弯承载力计算结果与试验结果符合较好,对钢纤维大粒径再生粗骨料混凝土梁设计具有较好的适用性.     

SFRC/SCC钢筋复合梁受弯性能试验研究

设计了一批受拉区为SFRC、受压区为SCC的钢筋复合梁,分析了纵筋配筋率、SFRC替换层钢纤维体积掺量以及替换层高度对复合梁在四点弯曲荷载作用下的承载力、挠度以及裂缝形态的影响,并与普通混凝土梁进行了对比。通过理论分析计算得出了SFRC/SCC复合梁的承载力表达式,并将理论计算结果与试验数据进行了对比分析,以验证表达式的合理性。结果表明:配筋率是提升复合梁承载力的首要因素,1.32%配筋率相对于0.79%配筋率的极限承载力最大可提升24.1%;钢纤维替换层对复合梁的承载力提升并不明显,但对于复合梁的挠度与裂缝宽度控制有明显作用,将替换层高度由50 mm提升至150 mm时,复合梁的挠度和主裂缝宽度最大分别降低了9.2%和77.81%。     

基于STM理论钢纤维混凝土深受弯构件裂缝宽度试验研究

通过7根钢纤维混凝土深受弯构件的弯曲性能试验,分析了钢纤维掺量及配筋率对深受弯构件跨中截面混凝土应变、纵筋应变、破坏形态及裂缝宽度的影响。基于STM理论量化钢纤维、钢筋以及混凝土三者在受力过程中的组合作用,提出了适用于钢纤维混凝土深梁最大裂缝宽度的理论计算式,并与实测结果进行比对分析。研究结果表明:较普通深受弯构件而言,钢纤维混凝土深受弯梁的开裂荷载增幅11%~20%,极限荷载提高10%~16%,提高配筋率,开裂荷载提高约22%,极限荷载提高20%~31%;提高配筋率或钢纤维掺量,均可使试件破坏模式由正截面破坏向斜截面破坏转变;钢纤维掺加50、78 kg/m^3后,裂缝宽度可减少13%~29%;试件配筋率提高0.142%,裂缝宽度减少33%;推导出的理论计算式计算得到的最大裂缝宽度与实测值吻合。     

型钢-钢纤维混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为解决型钢混凝土结构中型钢与钢筋相互干扰、混凝土浇筑困难等施工难题,将型钢混凝土梁中的钢筋笼完全或部分替换成钢纤维,形成型钢–钢纤维混凝土组合梁。完成12个型钢钢纤维混凝土组合梁和1个未添加钢纤维、未设置钢筋笼对比试件的抗弯性能试验。主要研究钢纤维掺量、型钢配钢率、箍筋设置和主筋设置对抗弯性能的影响。增加钢纤维用量能够在一定程度上提高承载力,其影响程度与型钢配钢率有重要的相关性,型钢配钢率越大,钢纤维的影响越突出。纵筋的设置能够大幅提升承载力,箍筋和钢纤维能够使纵筋对承载力的增强效果更为突出。试验结果表明：在相似用钢量的情况下,无配筋的型钢钢纤维混凝土组合梁不但能够解决型钢混凝土结构的施工困难,而且能够大幅提升延性性能,但由于未配置纵筋,正截面抗弯能力有所削弱;减小保护层厚度,提高型钢配钢率,能够充分发挥型钢翼缘良好的抗弯能力,弥补未设置主筋对承载力的影响,同时增加钢纤维用量,解决因保护层减小而导致的钢与混凝土界面黏结性能变差的问题;在设置钢纤维的情况下,钢纤维掺量较多试件的损伤发展快于掺量较少的试件,并且随着钢纤维掺量的增加,峰值荷载的损伤度越来越大;钢纤维用量越多,试件在峰值荷载状态下的耐损伤性能越好,即使在较严重的损伤状态下也依然能够保持极限承载能力。