钢筋和FRP筋混合配筋增强ECc-混凝土复合梁受弯性能研究

摘要

混凝土结构在建筑使用过程中容易产生不同程度和不同形式的裂缝，随着使用时间的增长，在外界荷载或环境作用下，水、二氧化碳及氯离子等有害物质向混凝土内部侵入的速度加快，混凝土结构的性能会不断发生劣化，影响结构的安全使用。ECC（水泥基复合材料）是一种具有超高韧性和良好裂缝控制能力的纤维增强水泥基复合材料，在少量的纤维掺量下，其极限拉伸应变可以达到2％-6％，具有准应变硬化特性和多裂缝开展机制。FRP筋材料具有轻质，高强，耐腐蚀和施工性能好的特点，将其与钢筋结合，形成混合配筋模式，可以很好地解决结构中钢筋锈蚀引起的结构耐久性降低的问题。
　　本论文以ECC这一新型绿色建筑材料为基础，结合钢筋和FRP筋混合配筋的配筋模式，进行了复合梁静力受弯试验，目的是为了建立钢筋和FRP筋混合配筋混凝土复合梁受弯构件计算的理论，提出一种具有控裂和优异的耐久性能的新材料复合结构，为实现此目的，主要开展了如下工作:
　　1.对30根钢筋和FRP筋混合配筋复合梁进行了受弯试验，并设置两组不同配筋率的钢筋复合梁试件和三组不同配筋率的FRP筋复合梁试件进行了对比试验，主要考虑了ECC的替代高度率和FRP筋配筋面积比对构件受力性能的影响，得到了构件的开裂荷载，屈服荷载，极限荷载，试件破坏形态和裂缝宽度，验证了平截面假定。
　　2.基于材料的力学本构模型和平截面假定，建立了混合配筋复合梁和混合配筋ECC梁的计算模型，对加载至最终破坏各阶段内力变化进行了详细的分析，具体给出各受力阶段的计算公式，给出了加载至破坏整个过程的弯矩-挠度关系，并且与试验结果进行了对比。
　　3.在理论分析的基础下，结合计算公式，分析替代高度率、ECC强度、混凝土强度、钢筋/FRP筋面积比等参数对钢筋和FRP筋混合配筋复合梁受弯性能的影响，并对其进行优化分析，给出混合配筋复合梁的最佳替代高度和钢筋和FRP筋配筋面积比的范围。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 ECC的力学性能及应用

1．2．1 ECC的力学性能

1．3．1 FRP筋的力学性能

1．3，2 FRP筋在工程上的应用

1．4 混合配筋混凝土梁的研究现状

1．5 复合梁的研究现状

1．6 本文的研究意义以及主要研究内容

1．6．1 研究背景及意义

1．6．2 研究内容

第二章 静力受弯试验

2．1 引言

2．2 试验方案

2．2．1 试验原材料

2．2．2 构件设计

2．2．3 构件的制作

2．2．4 加载方案

2．3 试验现象

2．3．1 钢筋增强ECC-混凝土复合梁

2．3．2 混合配筋增强ECC-混凝土复合梁

2．3．3 FRP筋ECC-混凝土复合梁

2．3．4 破坏形态

2．3．5 荷载对比

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 跨中区域混凝土／ECC沿梁截面高度的平均应变

3．3 荷载-挠度曲线

3．3．1 ECC替代高度对荷载-挠度曲线的影响

3．3．2 筋材对跨中荷载-挠度曲线的影响

3．4 跨中荷载-筋材应变曲线

3．4．1 荷载-钢筋应变曲线

3．4．2 荷载-FRP筋应变曲线

3．5 裂缝宽度及平均间距

3．5．1 裂缝宽度

3．5．2 裂缝平均间距

3．6 本章小结

第四章 混合配筋增强ECC-混凝土复合梁理论分析

4．2 基本假定

4．3 复合梁理论分析

4．3．1 第一阶段：弹性阶段

4．3．2 第二阶段：开裂后的带裂缝工作阶段

4．3．3 第三阶段：混凝土处于弹性阶段钢筋未屈服

4．3．4 第四阶段：混凝土塑性阶段钢筋未屈服

4．3．5 第五阶段：混凝土塑性阶段钢筋屈服

4．4 开裂、屈服及极限状态承载力计算

4．4．2 钢筋屈服荷载计算

4．4．3 极限荷载计算

4．5 复合梁正截面受弯荷载-曲率关系的确定

4．6 复合梁正截面受弯挠度验算

4．6．1 复合梁挠度公式

4．6．2 算例

4．7 ECC材料最佳替代高度

4．8 本章小结

第五章 混合配筋增强ECC梁理论分析

5．1 引言

5．2 材料基本力学模型

5．3 ECC梁受弯理论分析

5．3．1 第一阶段：弹性阶段

5．3．2 第二阶段：开裂后至钢筋屈服的带裂缝工作阶段

5．3．3 第三阶段：钢筋开始屈服至截面破坏阶段

5．4 开裂、屈服及极限状态承载力计算

5．4．2 屈服荷载计算

5．4．3 极限荷载计算

5．5 ECC粱正截面受弯荷载-挠度关系的确定

5．6 复合梁正截面受弯挠度验算

5．6．1 复合梁挠度公式

5．6．2 算例

5．7 本章小结

第六章 混合配筋增强ECC复合梁简化计算及参数分析

6．1 引言

6．2 简化计算方法

6．2．1 弯矩的简化计算

6．2．2 界限配筋率

6．2．3 最小配筋率

6．3 混合配筋复合梁影响因素分析

6．3．1 几何尺寸

6．3．2 材料参数

6．3．3 纵筋配筋率

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

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