BFRP筋无机聚合物混凝土梁抗剪性能试验研究

摘要

为有效解决侵蚀性环境下比如水工结构、海工建筑物、某些化工厂房等钢筋锈蚀问题以及混凝土由于冻融破坏、干湿循环、硫酸盐侵蚀等引发的严重耐久性问题，本文采用轻质高强、耐腐蚀性和抗疲劳性能优良的玄武岩筋来取代钢筋，并用微观更致密、耐腐蚀性能更强的无机聚合物混凝土来取代普通混凝土。将这两种材料组合起来，通过试验和ABAQUS有限元模拟对BFRP筋无机聚合物混凝土梁的受剪性能进行研究。本文所做研究如下： （1）通过BFRP筋的材性试验得出：BFRP筋拉伸行为呈脆性断裂破坏，其应力-应变关系近似为一条斜直线。 （2）通过BFRP筋无机聚合物混凝土梁的抗剪试验，得到不同剪跨比和配箍率下试验梁的破坏形态、开裂荷载、极限荷载、挠度、裂缝开展过程、BFRP筋和无机聚合物混凝土的应变等梁的性能，并进行对比分析。结果表明：所有试验梁均为剪压破坏；试验梁荷载-挠度曲线无明显屈服平台及下降趋势，以试验梁开裂为分界点，类似一条双折线。相同条件下剪跨比增加，跨中挠度随之增大；且挠度变化与箍筋间距并无明显关系；剪跨比λ=2.0、2.5的试验梁相比λ=1.5的试验梁开裂荷载分别降低10%和20%，极限荷载分别降低3.9%和29.4%；箍筋间距S=100mm、150mm的试验梁相比S=80mm的试验梁极限荷载分别降低6.6%和15.1%。 （3）基于试验数据探讨了美国、加拿大、日本和我国相关FRP筋建筑结构设计规范对试验梁抗剪强度预测的适用性，同时基于我国GB50608-2010规范中挠度计算理论对BFRP筋无机聚合物混凝土梁的跨中挠度进行计算并与试验值对比。结果表明：加拿大CAN/CSA S802-12对试验梁抗剪承载力的预测效果最好，且具有一定安全度；日本JSCE-97规范对其计算过于保守，其离散性也较大；基于GB50608-2010规范的挠度计算理论对BFRP筋无机聚合物混凝土梁的挠度计算具有一定的指导意义，试验梁开裂前，其挠度计算误差较大，开裂后误差大约控制在25%以内，其计算相对保守，且具有一定的安全度。 （4）基于ABAQUS对其抗剪过程进行有限元模拟，并与试验结果对比论证。结果表明：有限元模拟结果与试验结果能较好吻合。最后基于现有规范结合试验结果和数值模拟，推导了BFRP筋无机聚合物混凝土梁的抗剪承载力计算表达式。结果表明：所推公式能对试验梁抗剪承载力进行较好预测。

目录

声明

第1章 绪论

1.1. 研究的背景及意义

1.2.国内外研究现状

1.2.1.无机聚合物混凝土结构研究现状

1.2.2. FRP筋混凝土梁抗剪研究现状

1.3.本文的研究目的、内容和方法

1.3.1.研究目的

1.3.2.研究内容和方法

1.3.3.技术路线

第2章 试验材料基本性能试验

2.1.无机聚合物混凝土基本性能试验

2.1.1.试验原材料

2.1.2.无机聚合物混凝土的抗压性能试验

2.1.3.无机聚合物混凝土的劈裂抗拉性能试验

2.1.4.无机聚合物混凝土的弹性模量试验

2.2. BFRP筋材性试验

2.2.1.试验设计

2.2.2.试验结果

2.3.本章小结

第3章 BFRP筋无机聚合物混凝土梁抗剪性能试验研究

3.1.试验概况

3.1.1.试件设计与制作

3.1.2.试验方法

3.2.试验结果与分析

3.2.1.试验现象

3.2.2.破坏形态

3.2.3.试验结果

3.3. BFRP筋无机聚合物混凝土梁荷载与跨中挠度关系

3.3.1.荷载-跨中挠度曲线

3.3.2. 各因素对跨中挠度影响

3.4.应变分析

3.4.1.纵筋应变

3.4.2.箍筋应变

3.4.3.混凝土应变

3.5.抗剪承载力分析

3.5.1.箍筋间距对梁抗剪承载力的影响

3.5.2.剪跨比对梁抗剪承载力的影响

3.6.本章小结

第4章 BFRP筋无机聚合物混凝土梁理论计算

4.1. BFRP筋无机聚合物混凝土梁抗剪承载力计算

4.1.1.美国ACI 440.1R-06抗剪承载力计算

4.1.2.加拿大CSA S806-12抗剪承载力计算

4.1.3.日本JSCE-97抗剪承载力计算

4.1.4.我国GB50608-2010抗剪承载力计算

4.1.5.不同规范抗剪承载力计算结果与试验结果对比

4.2. BFRP筋无机聚合物混凝土梁挠度计算

4.2.1.我国GB50608-2010挠度计算

4.2.2.跨中挠度计算结果与试验结果对比

4.3.本章小结

第5章 BFRP筋无机聚合物混凝土梁抗剪承载力有限元分析

5.1.有限元模型建立

5.1.1.单元类型的选择

5.1.2.材料本构关系模型

5.1.3. 边界条件及荷载的施加

5.2.有限元模拟与试验结果对比分析

5.2.1.应力-应变云图

5.2.2.数值模拟与试验承载力对比分析

5.2.3.数值模拟与试验荷载-挠度曲线对比分析

5.3. BFRP筋无机聚合物混凝土梁抗剪承载力计算公式

5.3.1. BFRP箍筋承担的剪力

5.3.2.无机聚合物混凝土承担的剪力

5.3.3. BFRP筋无机聚合物混凝土梁抗剪承载力

5.4.本章小结

第6章 结论与展望

6.1. 结论

6.2. 展望

致谢

参考文献

硕士期间主持和参与的科研项目和发表的论文