BFRP筋增强混凝土杆件基本力学性能研究

摘要

近年来，钢筋混凝土结构的耐久性问题日益突出，一些学者提出，可用纤维复合材料代替钢筋用于混凝土结构中，在提高结构性能的同时解决结构的锈蚀问题。玄武岩纤维材料是一种新兴的、性价比较高的纤维材料，应用前景好，但相关研究较少。本文主要对BFRP筋(玄武岩纤维增强复合材料筋)增强混凝土杆件的基本力学性能进行研究。
　　本文首先在生产线上批量制备了多种直径的BFRP筋，并为了系统开展全BFRP筋混凝土构件的基本力学性能研究，专门制作了BFRP方形普通箍筋及BFRP方形螺旋箍筋。测试了不同直径BFRP筋的轴向拉伸、压缩的基本力学性能，通过研制的FILP筋轴心受压端部锚具，测得了较为准确的BFRP筋轴心抗压强度及弹性模量，结果表明BFRP筋仍具有可利用的抗压性能。
　　通过16根全BFRP筋混凝土构件的轴心受压静载试验，重点研究了BFRP方形普通箍筋及BFRP方形螺旋箍筋约束混凝土的性能，BFRP纵筋与混凝土的共同工作性能以及对构件轴心受压承载力的贡献。试验结果表明，BFRP筋混凝土构件轴心受压时，混凝土先于BFRP箍筋及纵筋破坏，继而发生BFRP方形普通箍筋搭接处崩开破坏或BFRP方形螺旋箍筋角部拉断破坏。对BFRP方形普通箍筋及BFRP方形螺旋箍筋约束混凝土的受力机理进行较深入的分析，通过编写BFRP箍筋约束混凝土受力全过程的程序对它的影响因素进行模拟分析。基于试验结果对BFRP筋混凝土轴心受压构件进行较深入的受压全过程分析，在钢筋混凝土受压构件承载力计算公式基础上，探讨BFRP筋混凝土杆件的轴心受压承载力计算方法，并提出计算公式。
　　通过6根BFRP筋混凝土构件的轴心受拉静载试验，研究这种新型混凝土构件的受拉性能。重点考察了配筋率对受拉性能的影响。试验表明，由于BFRP筋的受拉弹性模量较低，直接用于轴心受拉时，裂缝开展很大。通过与已有的BFRP筋混凝土构件的裂缝计算公式进行对比，得到与试验值有较好吻合度的公式。
　　通过8根BFRP筋混凝土构件的受弯性能静载试验，研究了BFRP双筋混凝土梁的受弯性能。提出针对BFRP双筋梁的界限配筋率及承载力计算公式；并与现有的FRP筋混凝土梁的裂缝计算公式进行对比，提出较适合的公式。