圆形截面玻璃纤维筋混凝土桩体抗剪承载力研究

用GFRP筋来部分代替钢筋或预应力钢筋用于混凝土结构中,国内外已有大量研究和应用。目前对玻璃纤维（GFRP）筋混凝土结构受剪性能的研究,主要都是尺寸较小的矩形截面梁,关于圆形截面构件的斜截面受剪承载力的研究却极少。根据实际工程桩尺寸首次制作了比例为1∶1的试件,进行了二集中力三分点加载试验,试验中发现玻璃纤维筋混凝土梁具有剪切破坏的特征,通过对试验结果的分析并结合美国ACI规范与中国混凝土设计规范中抗剪承载力公式,推导出圆形截面GFRP筋混凝土梁的抗剪承载力公式,采用该公式计算的结果与实测值非常相近。进一步将上述理论应用在北京某地铁车站的基坑围护桩中,校核计算了盾构接收过程中围护桩的安全性,据此提出增大配筋率的建议。     

预应力玻璃纤维布加固受损梁正截面承载力实验与分析

针对五根受损程度不同的混凝土梁,采用预应力与非预应力进行加固对比,试验分析预应力玻璃纤维布加固后的混凝土梁的正截面受力性能,研究不同加固方式以及不同的受损程度对混凝土梁的抗弯承载力影响。同时对预应力加固混凝土梁的正截面承载力进行理论分析和推导,建立了实用的理论计算公式。理论计算结果与试验数据符合良好。     

FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承载力的性能研究

利用FRP筋混凝土粱截面的平衡条件和变形协调条件．给出梁的平衡配筋率;分析FRP筋混凝土梁三种破坏模式,即受压破坏、受拉破坏和平衡破坏的特性;研究FRP筋混凝土梁配筋率对其正截面极限抗弯承载力的影响,并给出其影响系数。研究表明：配筋率在一定范围内,抗弯承载力随着配筋率的增大而增大;根据配筋率的不同,探讨FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承栽力的计算方法,建立与之相应的计算公式,并将计算结果与国内外文献中的部分试验结果相比较,且两者吻合较好。     

UHPC-T梁抗弯性能试验研究与理论计算

为研究配筋率和预应力对超高性能混凝土T梁(UHPC-T梁)抗弯性能的影响,设计并制作了4根UHPC-T梁与1根普通混凝土T梁,采用三等分点抗弯试验研究了T梁加载破坏的全过程特征,并采用理论公式计算了T梁的开裂弯矩和极限弯矩等关键性能参数。结果表明:配筋率对UHPC-T梁开裂荷载的影响不大; 相同配筋率下,预应力UHPC-T梁的极限承载力约为UHPC-T梁的1.4倍,UHPC-T梁的极限承载力约为普通混凝土T梁的2倍,表明预应力和UHPC均可明显提升T梁的极限承载能力; 与普通混凝土T梁相比,UHPC-T梁裂缝细而密,加载初期最大裂缝宽度发展较慢,裂缝宽度及其数量明显减少; 与UHPC-T梁相比,预应力UHPC-T梁能有效抑制裂缝的生成与发展,表明预应力和UHPC能改善T梁的抗裂性能; 各试验梁跨中正截面混凝土应变与荷载基本呈正比例关系,表明平截面假定同样适用于预应力UHPC-T梁与UHPC-T梁; T梁的理论开裂弯矩和极限弯矩均与相应的试验结果吻合较好,且两者之间的相对误差小于20%,满足工程设计要求。     

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。     

玄武岩纤维复材筋钢纤维再生混凝土梁受弯试验及抗弯承载力计算

通过对7根玄武岩纤维复材(BFRP)筋钢纤维再生混凝土梁的受弯试验,研究不同钢纤维体积掺量和BFRP筋配筋率对其受弯性能的影响。结果表明:钢纤维体积掺量和配筋率均对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的抗弯承载力有一定程度的影响。相较于未掺钢纤维的BFRP筋再生混凝土梁,钢纤维体积掺量为1.0%的试验梁的初裂荷载和极限荷载分别提高了32.8%和18.2%。随着BFRP筋配筋率的增加,BFRP筋再生混凝土梁抗弯承载力显著增加。还在试验基础上结合相关现行技术标准,对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的受弯承载力、挠度、裂缝宽度进行分析计算,并对计算值与试验结果进行对比分析。     

再生粗骨料混凝土梁短期荷载作用下的刚度修正

研究了使用GB50010-2002《混凝土结构设计规范》中短期刚度计算公式计算再生粗骨料混凝土梁在短期荷载作用下的挠度。通过对6根不同再生骨料取代率(0、50%、70%和100%)和不同配筋率(0.68%、0.89%和1.13%)的再生粗骨料混凝土梁的受弯试验,分析了挠度与再生骨料取代率及配筋率的关系,对比再生混凝土梁挠度实测值与现行混凝土结构规范计算值,进行了统计分析。对试验数据和文献数据统计回归得到在短期荷载作用下再生粗骨料混凝土梁的刚度修正公式,对本次试验数据的验证,计算结果与试验值吻合良好。本文提出的再生混凝土梁的短期刚度计算公式,可以准确的计算再生混凝土梁在短期荷载作用下的挠度,供相关规程和工程实践参考。     

基于黏结滑移-统计理论的再生混凝土梁裂缝宽度计算方法研究

通过对不同配筋率、取代率两组10个再生混凝土梁构件进行裂缝宽度试验研究,对比分析了再生混凝土与普通混凝构件裂缝开展机理的不同,研究了再生混凝土裂缝开展机理、宽度影响因素,并在黏结滑移理论基础上结合试验统计数据推导再生混凝土构件裂缝最大宽度计算公式。研究结果表明:随着取代率的增加再生混凝土梁主裂缝旁分支裂缝不断增多,裂缝整体分布越趋复杂。配筋率变化对主裂缝宽度影响相当明显,配筋率增加再生混凝土裂缝宽度明显减小。基于黏结滑移-统计理论建立再生混凝土裂缝宽度计算公式,通过对多组试验结果反算验证该公式计算精度是满足设计要求的。     

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。     

自密实轻骨料混凝土梁抗弯性能试验研究

试验研究了不同纵向受拉钢筋配筋率的自密实轻骨料混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的抗弯性能。结果表明,在同级荷载作用下,自密实轻骨料混凝土梁纯弯段的裂缝分布较普通钢筋混凝土梁均匀,其极限抗弯承载力和截面刚度较小,各试验梁在受力过程中正截面平均应变符合平截面假定;通过增加受拉钢筋配筋率能够有效抑制裂缝的发展、增大截面刚度和提高极限抗弯承载力。提出了自密实轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度计算公式,验证了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的梁的抗弯极限承载力计算公式适用于本文设计的试验梁,计算结果与试验结果均吻合。     

Deflection and crack-width prediction of concrete beams reinforced with glass FRP rods

Concrete beams reinforced with fiber reinforced polymer (FRP) bars exhibit large deflections and crack widths as compared to concrete beams reinforced with steel due to the low modulus of elasticity of FRP. Current design methods for predicting deflections at service load and crack widths developed in concrete structures reinforced with steel bars may not be used for concrete structures reinforced with FRP bars. Thus, the ACI 440 Committee has provided design guidelines for concrete beams reinforced with FRP bars. Verification of the ACI 440 methods for predicting deflections and crack widths for glass fiber reinforced polymer reinforced concrete beams are presented in this paper. In addition, improvement to the crack width equation was suggested to account for 2 layers of reinforcement. This study shows that ACI 440.1R-01 can be effectively used to predict deflections in concrete beams reinforced with FRP bars and crack width in beams with one-layer FRP bars. However, when FRP bars are placed in two layers, ACI 440.1R-01 can be used after some parameters are modified. Six full concrete beams reinforced with different GFRP reinforcement ratios were load tested and the measured deflections and crack widths were analyzed and compared with those predicted by the proposed models. The experimental results compared well with those proposed by the model.     

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.     

GFRP筋钢纤维高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

完成了9根配GFRP筋和1根配钢筋的高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验,观察其破坏过程与破坏形态,分析了纤维掺量、纵筋类型、配筋率及纵筋直径等参数对试件承载能力、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响,采用美国ACI 440.1R-15、中国GB 50608—2010和加拿大CSA S806-12、ISIS-M03-07等规范中的建议模型,通过开裂弯矩、承载力、挠度和裂缝宽度等参数评估了各国规范对该类构件的适用性。结果表明：随配筋率的增大,试件破坏模式依次表现为受拉破坏、平衡破坏和受压破坏,受压区破坏面贯穿骨料内部,较为光滑;掺入钢纤维能够有效抑制混凝土裂缝开展,延缓构件刚度退化,使开裂弯矩平均提高51.71%,承载力平均提高22.10%;增大GFRP筋配筋率能够提高构件刚度,但GFRP筋直径变化对试件变形及裂缝宽度无显著影响;GFRP筋梁开裂后刚度退化较配钢筋的对比试件迅速。各国规范计算结果表明：受拉破坏试件承载力计算结果较离散,且均偏于不安全;对于平衡破坏和受压破坏的试件预测结果均偏于保守,有足够安全储备。考虑轻骨料和钢纤维对构件刚度退化规律的影响,修正有效惯性矩并给出建议挠度计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

Strength and serviceability performance of beams reinforced with GFRP bars in flexure

Glass fiber reinforced polymer (GFRP) rebars have been identified as an alternate construction material for reinforcing concrete during the last decade primarily due to its strength and durability related characteristics. These materials have strength higher than steel, but exhibit linear stress–strain response up to failure. Furthermore, the modulus of elasticity of GFRP is significantly lower than that of steel. This reduced stiffness often controls the design of the GFRP reinforced concrete elements. In the present investigation, GFRP reinforced beams designed based on limit state principles have been examined to understand their strength and serviceability performance. A block type rotation failure was observed for GFRP reinforced beams, while flexural failure was observed in geometrically similar control beams reinforced with steel rebars. An analytical model has been proposed for strength assessment accounting for the failure pattern observed for GFRP reinforced beams. The serviceability criteria for design of GFRP reinforced beams appear to be governed by maximum crack width. An empirical model has been proposed for predicting the maximum width of the cracks. Deflection of these GFRP rebar reinforced beams has been predicted using an earlier model available in the literature. The results predicted by the analytical model compare well with the experimental data.     

无粘结部分预应力砼梁裂缝宽度的试验研究

本文报告了33根矩形截面直线配筋和2根T形截面配置曲线预应力筋的无粘结部分预应力砼梁的裂缝宽度的试验研究成果。试验表明,在无粘结预应力砼梁中配置普通有粘结筋对梁在开裂后的裂缝分布有重要影响。本文分析了影响裂缝宽度的主要因素,根据预应力筋与周围砼无粘结而可互相滑动的特点,提出了将预应力筋对砼的预压力作为截面上的纵向压力,求解与弯矩共同作用下普通有粘结筋的应力(?),而后引用普通钢筋砼构件裂缝宽度的公式计算普通钢筋(?)水平处的裂缝宽度和近似计算预应力筋(?)。水平处的裂缝宽度。用本文33根矩形截面梁的裂缝宽度试验数据及文献[2]的数据对所建议的计算方法进行了校核,符合程度较好。此外用本文报告的2根6m跨长配置曲线预应力筋的无粘结部分预应力砼T形梁进行了补充验证,得出最大裂缝宽度的计算值略大于试验值而偏于保守。最后对最大裂缝宽度允许作了讨论。     

高强不锈钢钢筋混凝土梁短期受弯裂缝宽度和刚度计算方法研究

部分国产500 MPa不锈钢热轧带肋钢筋具有高延性、低弹性模量的特点,为研究配置此类不锈钢钢筋混凝土梁的短期裂缝与刚度特征,进行了6根配置不锈钢钢筋和2根配置普通钢筋的混凝土梁受弯性能试验,并分析不同混凝土强度和纵筋配筋率对短期裂缝和刚度的影响。试验结果表明：其他条件相同下,不锈钢钢筋梁与普通钢筋梁的裂缝形态基本相同,但不锈钢钢筋梁侧纵筋中心位置和梁底处的裂缝宽度均大于普通钢筋梁的;钢筋屈服前,不锈钢钢筋梁纯弯段的弯矩-平均曲率曲线呈双折线,但其开裂后刚度较普通试件的偏低,二者刚度之比平均为0.63;增加纵筋配筋率可减小裂缝宽度并提高受弯刚度。进一步收集相关文献中9根配置同类型国产不锈钢钢筋梁的试验数据,并对GB 50010—2010中短期裂缝与刚度计算公式的适用性进行评估。分析结果表明,按GB 50010—2010中的短期裂缝宽度公式计算得到的梁侧面纵筋位置处的平均裂缝宽度与最大裂缝宽度较试验值偏大,计算值与试验值之比平均分别为1.348和1.588;短期受弯刚度计算值较试验值偏小,二者之比平均为0.890,有必要对相关公式进行修正。建议将不锈钢钢筋梁的裂缝宽度控制位置调整至受拉边缘,且将裂缝宽度限值取为0.4 mm。通过统计分析,提出短期受弯裂缝宽度和刚度计算公式的修正建议。建议公式计算值与试验值吻合较好。     

竹筋混凝土梁构件力学性能研究

基于钢筋混凝土结构理论,对竹筋混凝土梁的力学性能进行研究,提出了竹筋混凝土梁的计算方法。对竹筋混凝土梁的配筋、受弯和受剪承载力进行了计算,验算了挠度,并与钢筋混凝土梁进行了对比,为竹筋混凝土构件应用于结构次要部位的可行性提供参考。     

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。     

Ductility characteristics of fiber-reinforced-concrete beams reinforced with FRP rebars

To mitigate the corrosion problem caused by steel reinforcement, a study was initiated to develop a nonferrous hybrid reinforcement system for concrete beams by incorporating continuous fiber-reinforced-polymer (FRP) rebar and fiber-reinforced-concrete (FRC) containing randomly distributed polypropylene fibers. This paper describes the flexural performance of this FRP/FRC hybrid reinforcement system as well as FRP/plain concrete beams that served as references. Test results showed that the crack widths of FRP/FRC beams were smaller than those of FRP/plain concrete beams at the proposed service load. The compressive strains at the top fiber of concrete in FRP/FRC beams were larger than 0.004 due to the added polypropylene fibers. In addition, the ductility indices evaluating the FRP reinforced members were discussed. It is found that the ductility indices for all the tested beams were above the minimum requirement of 4. The addition of fibers improved the flexural behavior by increasing the ductility level more than 30%, when compared to the companion beam.