BFRP筋钢纤维高强混凝土梁长期受弯性能试验研究

摘要

纤维聚合物筋（FiberReinforcedPolymerRebar，简称FRP筋）具有抗拉强度高、密度小、抗疲劳、耐酸耐碱、绝缘性能好、抗腐蚀等诸多优点，被认为是最具生命力的新型建筑材料之一。将其作为钢筋的补充甚至替代材料应用于恶劣环境条件下的混凝土结构中，不仅可以从根本上解决钢筋锈蚀问题，提高结构的耐久性和使用寿命，而且可以降低自重，减少维护费用。但是，大量研究结果表明，普通FRP筋混凝土梁具有变形大、裂缝发展过快过宽等缺点，且对其长期性能的研究也很少。本文基于FRP筋及其增强混凝土结构的性能特点，将具有较高强度和较好延性的钢纤维高强混凝土与具有轻质、高强、抗腐蚀等诸多优异性能的玄武岩纤维聚合物筋(BasaltFiberReinforcedPolymerRebar，简称BFRP筋)有机结合形成BFRP筋钢纤维高强混凝土梁，旨在从根本上解决钢筋混凝土梁易开裂和钢筋锈蚀、高强混凝土梁延性差以及FRP筋混凝土梁裂缝与挠度过大等问题。
　　 本文通过试验研究和理论分析，研究了长期荷载作用下BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的长期受弯性能，主要研究内容及成果如下:
　　 (1)通过BFRP筋钢纤维高强混凝土梁在长期荷载作用下的三分点加载受弯试验，研究了BFRP筋用量、钢纤维体积率等参数对不同荷载水平的长期荷载作用下BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的BFRP筋应变、长期变形、裂缝宽度等随持荷时间的影响。
　　 (2)基于我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)，修正了平均裂缝间距公式;根据钢筋与FRP筋的等效原理，导出了基于同等数量及直径条件下的FRP筋转换为钢筋的BFRP筋钢纤维混凝土梁最大裂缝宽度计算公式。通过比较分析，提出了考虑了FRP筋材料性能影响的长期荷载作用下BFRP筋钢纤维高强混凝土梁最大裂缝宽度建议计算公式及裂缝宽度限值。
　　 (3)结合试验结果，对我国现行《混凝土结构设计规范》和美国ACI规范中规定的挠度计算方法进行了对比分析，对ACI规范中挠度计算的相关参数给出了修正建议，提出了BFRP筋钢纤维混凝土梁的BFRP筋的修正系数δ和永久荷载下的时间影响系数ζ之间的关系曲线。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究现状

1．3 本文研究的目的、内容和方法

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究方法

2 试验概况

2．1 构件设计

2．1．1 材料特性

2．1．2 试验梁设计

2．2 试件成型与养护

2．2．1 配合比设计

2．2．2 试件的浇筑与养护

2．3 测量内容与方法

2．3．1 BFRP筋/钢筋应变

2．3．2 混凝土应变

2．3．3 挠度及支座沉降

2．3．4 裂缝宽度

2．4 构件加载设备和加载方案

2．4．1 加载设备

2．4．2 加载方案

2．4．3 所用测试仪器

3 试验结果及分析

3．1 混凝土强度

3．2 纵向受拉筋(BFRP筋、钢筋)的应变变化及分析

3．3 梁的挠度变化及分析

3．4 梁的最大裂缝宽度变化及分析

3．5 本章小结

4 BFRP筋钢纤维高强混凝土梁长期受弯裂缝宽度计算

4．1 引言

4．2 裂缝计算模型

4．3 裂缝宽度计算方法简介

4．4 主要影响参数分析与修正

4．4．1 平均裂缝间距lcr计算公式

4．4．2 长期最大裂缝宽度计算公式及长期扩大系数

4．5 FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度限值

4．6 本章小结

5 BFRP筋钢纤维高强混凝土梁长期挠度计算

5．1 简述

5．2 挠度计算方法简介

5．2．1 有效惯性矩法

5．2．2 刚度解析法

5．2．3 曲率积分法

5．2．4 直接双线性法

5．3 BFRP筋钢纤维高强混凝土梁长期挠度计算方法

5．3．1 基本计算假定和三类方程的建立

5．3．2 混凝土及BFRP筋本构关系

5．3．3 长期挠度计算公式

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录 作者在学期间发表学术论文及参研课题