中置集中荷载作用下FRP筋混凝土双向板冲切性能研究

摘要

众所周知，钢筋混凝土结构是我国港口码头建筑物的主要结构型式，而由于钢筋锈蚀引起的结构过早破坏等耐久性问题日益突出。近年来，纤维增强聚合物(FRP)筋以其特有的高强、轻质、耐腐蚀等优良特性被认为是最具生命力的新材料之一而受到广泛关注，为了解决混凝土结构物中的钢筋锈蚀问题，研究FRP筋代替钢筋应用于混凝土结构中的可行性，将具有重要的理论意义和实用价值。本文针对港口码头中常用的混凝土双向板，进行了9块四边简支混凝土双向板在中置荷载作用下的冲切试验，其中包括7块玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋混凝土双向板、1块钢筋混凝土板和1块钢筋与BFRP筋复合增强混凝土板，测得了双向板裂缝的出现与发展、BFRP筋和混凝土应变、荷载一挠度曲线、开裂荷载、极限荷载等大量数据，在FRP筋混凝土双向板冲切性能研究方面做了一些工作，主要内容包括：
　　 (1)分析了FRP筋混凝土双向板冲切变形的特点。研究结果表明，BFRP筋混凝土板荷载-中心挠度曲线可以大致分为三个阶段：首先，裂缝出现前，混凝土板的刚度大，板处于弹性变形阶段，变形较小；其次，裂缝出现后，板的刚度迅速降低，挠度曲线开始变缓偏向于挠度轴；最后，当板破坏时，荷载迅速减小，挠度曲线几乎直线下降。
　　 (2)研究了FRP筋混凝土双向板的冲切破坏特征。与钢筋混凝土双向板比较，BFRP筋混凝土板裂缝开展较快，在相同荷载作用下，BFRP筋混凝土双向板的挠度相对较大，但最终的冲切破坏仍为脆性破坏。
　　 (3)分析了混凝土强度、BFRP筋配筋率、边长比等对FRP筋混凝土双向板冲切承载力的影响。结果表明，BFRP筋混凝土双向板的冲切极限承载力随着混凝土强度等级的提高而增大，随着FRP筋配筋率的增大而增大，随着边长比的增大而减小。
　　 (4)研究了BFRP筋混凝土双向板的冲切破坏机理。研究认为，FRP筋在混凝土双向板中的抗冲切作用机理与钢筋基本一致，但由于BFRP筋与钢筋在弹性模量及横向抗剪性能方面的区别，FRP筋混凝土双向板的冲切破坏形态与钢筋混凝土双向板有相似之处，但又有所区别。BFRP筋的销栓作用所提供的冲切承载力与BFRP筋配筋率有直接关系。
　　 (5)在试验研究的基础上，结合理论分析和前人研究成果，参照各国规范对钢筋混凝土板冲切承载力的有关规定，并考虑BFRP筋的固有特性，提出了中置集中荷载作用下FRP筋混凝土双向板冲切承载力的计算公式，该建议计算方法与试验结果吻合较好。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 纤维增强聚合物(FRP)筋的研究及应用

1.2.1 FRP筋的特点

1.3 国内外研究及应用现状

1.4 本课题的研究意义

1.5 本课题研究的主要内容

2 FRP筋混凝土双向板冲切试验概况

2.1 前言

2.2 FRP筋材力学实验

2.2.1 试验方案及设备

2.2.2 试件的设计

2.2.3 试验现象及结果

2.3 FRP筋混凝土板设计制作

2.3.1 试验板设计

2.3.2 试验板制作

2.4 试验装置及测试内容

2.4.1 试验装置

2.4.2 测试内容

2.5 加载制度及测试方法

2.5.1 加载制度

2.5.2 测试方法

2.5.3 测点布置

3 FRP筋混凝土双向板冲切试验结果及分析

3.1 试件混凝土强度

3.2 FRP筋混凝土板冲切试验结果分析

3.2.1 混凝土板破坏过程分析

3.2.2 混凝土板荷载一中心挠度

3.2.3 BFRP筋应变

3.2.4 板底混凝土应变

3.2.5 混凝土板初裂荷载

3.3 FRP筋混凝土双向板冲切破坏机理分析

3.3.1 概述

3.3.2 弯曲破坏机理

3.3.3 冲切破坏机理

3.3.4 弯曲与冲切破坏机理比较

4 FRP筋混凝土双向板冲切极限承载力计算方法研究

4.1 概述

4.2 冲切承载力影响因素

4.2.1 混凝土强度

4.2.2 BFRP筋配筋率

4.2.3 边长比

4.2.4 筋材混合比

4.2.5 加载位置

4.3 FRP筋双向板冲切极限承载力计算方法

4.3.1 混凝土板冲切受力模型

4.3.2 国内外规范中冲切的基本规定

4.3.3 FRP筋混凝土双向板冲切极限承载力建议公式

5 结论与展望

5.1 本文的主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢