GFRP筋混凝土梁短期抗弯刚度及变形行为的研究

摘要

基于国内外已有的研究成果及广泛共识，纤维增强复合材料筋（FRP筋）合理应用到新建混凝土结构特别是桥梁结构设计中替代易锈蚀的钢筋是切实可行的。但是相对于钢筋混凝土梁，FRP筋低弹性模量、无屈服点、离散性大等特性，使得 FRP筋混凝土梁在同等条件下初始刚度低、挠度大、裂缝宽度大，且呈现脆性断裂的失效模式。因此，FRP筋混凝土梁在正常使用状态下的工作性能及相关影响机理等一系列的问题都是工程分析和应用中不容忽视且亟待解决的问题。
　　本文重点研究玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋混凝土梁在正常使用状态下的受弯工作性能，共进行了3组8根GFRP1：3缩尺混凝土梁的四点静力加载试验。主要测得各个构件在各荷载等级下，尤其是2倍开裂荷载之前的混凝土应变、GFRP筋应变、跨中位移、裂缝开展等数据，重点分析构件开裂后刚度的退化程度、正常使用状态挠度限值、裂缝宽度限值以及混凝土应力限值。通过分析总结，跨中位移限值 l0/250是 GFRP筋混凝土梁在正常使用阶段的首要控制因素。
　　与此同时，本文采用有限元软件 ABAQUS和国内外已有理论计算模型对试验模型进行模拟。
　　通过比较有限元软件与试验数据的吻合程度，证明有限元软件对试验数值模拟的可靠性。在此基础上，进一步分析研究配筋率、混凝土强度、保护层厚度（截面有效高度与全截面高度之比）、截面形式（跨高比和高宽比）、受压筋配筋率、筋材布置形式等对GFRP筋混凝土梁受弯性能的影响。
　　通过不同的理论计算模型与试验数据的对比分析认为，应用于FRP筋混凝土构件设计的国内外现行规范建议对 GFRP筋混凝土梁的挠度及相关变形性能的预测均会有显著的误差。本文基于试验数据，参照相关规范建议，从理论上系统分析了决定正常使用极限状态的因素，并提出以 l0/250为正常使用状态位移限值的理论公式。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 FRP筋简介

1.3 GFRP筋混凝土梁国内外研究现状

1.4 本课题来源及主要研究内容

第2章 GFRP筋混凝土梁加载试验

2.1 引言

2.2 试验设计

2.3 试验材料

2.4 试验测量内容及方法

2.5 试验过程

2.6 试验结果及分析

2.7 本章小结

第3章 非线性有限元分析

3.1 引言

3.2 混凝土本构模型

3.3 筋材本构模型

3.4 分析方法的选择

3.4 有限元模型的建立

3.5 有限元结果分析

3.6 本章小结

第4章 数值模拟结果分析

4.1 引言

4.2 混凝土强度对梁性能的影响

4.3 保护层厚度对梁性能的影响

4.4 截面形式对梁性能的影响

4.5 筋材布置

4.6 本章小结

第5章 理论分析

5.1 引言

5.2 裂缝

5.3 跨中位移

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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