新型FRP筋混凝土梁受弯性能研究

论文摘要

钢筋混凝土作为一种优良的传统建筑材料被广泛应用于现代工程结构中,而处在恶劣环境中的钢筋混凝土结构(如在沿海建筑、桥梁结构等)则存在耐久性方面的问题;为弥补钢筋混凝土结构这一缺陷,人们在长期的工程实践中曾总结出了多种方法和对策,但其效果不甚理想。目前,新型高性能纤维增强复合材料筋(Fiber Reinforced polymer tendon简称FRP筋)混凝土结构,因为FRP筋具有优良的耐腐蚀性能和轻质高强等特性,使FRP筋混凝土结构自上世纪90年代以来得到了土木工程界的普遍的接受,并成为研究热点之一。为了进一步对FRP筋混凝土结构的受力性能进行研究,本文对5根CFRP筋混凝土简支梁和6根GFRP筋混凝土简支梁的受弯性能进行了试验研究。在试验研究中,主要考虑了FRP筋配筋率对梁破坏情况的影响,测试了试件的开裂荷载、裂缝的开展、各级荷载下FRP筋的应变以及试件的极限荷载,验证了平截面假定,分析了挠度变化的特性。在试验研究的基础上,给出了FRP筋混凝土梁的极限承载力、最小配筋率、裂缝宽度和刚度的计算方法;提出FRP筋混凝土梁计算理论是基于应力的计算方法,并将计算结果与试验实测结果进行了对比,表明本文所提出的计算方法是可行的。根据FRP筋混凝土受弯构件的特性,引入变形性能与承载力相结合的综合指标对FRP筋混凝土构件受弯性能进行了分析,并在此基础上提出了以刚度和抗裂度为控制并考虑承载能力的FRP筋混凝土构件的设计新方法。同时本文针对非预应力FRP筋混凝土存在较大裂缝和挠度的特性进行了预应力FRP筋混凝土梁的抗弯性能的试验研究和理论分析。试验研究中进行了2根CFRP筋预应力混凝土简支梁和2根GFRP筋预应力混凝土简支梁的静力荷载试验。试验中考虑了张拉控制应力、非预应力钢筋配筋率等因素的影响,测试了预应力FRP筋混凝土梁的开裂荷载、极限荷载、荷载~挠度曲线、FRP筋和普通钢筋的应变发展状况、平截面假定情况和裂缝发生发展情况。总结出预应力FRP筋混凝土梁的分三个阶段工作的特性及主要影响因素。通过理论分析进一步讨论了FRP筋混凝土梁分三个阶段工作的力学原理,提出了预应力FRP筋混凝土梁的极限承载能力计算方法和短期刚度和裂宽的计算方法。并用本文提出的计算方法所得结果与试验实测结果进行了对比,证明了本文的计算方法是准确有效的。通过试验研究和理论分析,本文认为FRP筋混凝土梁具有良好的承载能力,变形能力能

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 普通钢筋混凝土结构的挑战和新时期的要求
• 1.2 FRP筋简介
• 1.2.1 FRP筋的种类与生产工艺
• 1.2.2 FRP筋的物理力学性能
• 1.2.3 FRP筋的主要应用范围
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 国内FRP筋混凝土结构的研究现状
• 1.3.2 国外FRP筋混凝土结构的研究现状
• 1.3.3 目前研究中存在的问题
• 1.4 本文研究的目的、内容及方法
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方法
• 第二章 试验构件试件的设计
• 2.1 FRP筋混凝土梁的设计
• 2.1.1 试件设计
• 2.1.2 FRP筋混凝土梁的配筋
• 2.2 预应力FRP筋混凝土梁的设计
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 预应力FRP筋混凝土梁的配筋
• 2.2.3 FRP筋锚固体系
• 2.3 加载装置和加载制度
• 2.4 测试内容与方法
• 第三章 试验结果与分析
• 3.1 试验现象
• 3.2 试验结果分析
• 3.2.1 各FRP筋混凝土梁荷载与FRP筋应变关系曲线
• 3.2.2 预应力梁FRP筋及非预应力钢筋荷载应变关系曲线
• 3.2.3 关于平截面假定
• 3.2.4 裂缝分布特征及荷载裂缝宽度关系曲线
• 3.2.5 挠度曲线
• 3.2.6 试验数据综合分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 FRP筋混凝土梁的受弯裂缝宽度和挠度计算
• 4.1 裂缝机理分析
• 4.2 裂缝计算方法
• cr1'>4.2.1 关于W_cr1
• cr2'>4.2.2 关于W_cr2
• cr的计算'>4.2.3 平均裂缝间距l_cr的计算
• 4.2.4 受拉筋材不均匀应变系数ψ
• cs'>4.2.5 混凝土伸长对FRP筋表面裂缝宽度影响系数K_cs
• 4.2.6 荷载效应标准组合下FRP筋混凝土梁平均裂缝宽度和最大裂缝宽度
• 4.3 荷载效应标准组合下FRP筋混凝土梁的刚度和挠度计算
• 4.3.1 荷载效应标准组合下受弯构件的刚度计算公式
• 4.3.2 荷载效应标准组合下构件的挠度计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 FRP筋混凝土梁的性能分析与设计计算理论
• 5.1 FRP筋混凝土梁受弯构件的性能分析
• 5.1.1 FRP筋混凝土梁的变形性
• 5.1.2 FRP筋混凝土梁的性能指标
• 5.1.3 通过试验状态考察各性能指标
• 5.2 FRP筋混凝土受弯构件的设计原理
• 5.2.1 FRP筋混凝土梁正截面的破坏形式
• 5.2.2 正截面受弯承载力的一般计算方法
• 5.3 最小配筋率ρf,min的确定
• 5.4 平衡配筋率ρf,b的确定
• 5.5 最大配筋率ρf,max的确定
• 5.6 综合考虑裂缝宽度和挠度的设计方法
• 5.6.1 各控制指标与承载力的关系
• 5.6.2 挠度和最大裂缝宽度与配筋率的关系
• 5.6.3 挠度和最大裂缝宽度对设计承载力的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 预应力FRP筋混凝土梁受弯性能的理论分析
• 6.1 预应力损失计算
• 6.1.1 锚固回缩损失σｌ１
• 12'>6.1.2 预应力FRP筋与孔道壁间的摩擦损失σ₁₂
• 14'>6.1.3 预应力FRP筋的松弛损失σ₁₄
• 15'>6.1.4 在预应力和荷载作用下混凝土收缩、徐变引起的预应力损失σ₁₅
• 16'>6.1.5 因粘结套筒胶体发生蠕变引起的预应力损失σ₁₆
• 6.2 预应力FRP筋混凝土梁的开裂弯矩Mcr
• 6.3 预应力FRP筋混凝土梁的极限弯矩Mu
• 6.3.1 几项基本假定
• 6.3.2 配有非预应力钢筋的预应力FRP筋混凝土梁工作的受力全过程分析
• 6.3.3 破坏形式[7][33]
• 6.3.4 极限承载力计算
• fps'>6.4 预应力FRP筋混凝土梁在短期荷载作用下的刚度B_fps
• fps'>6.4.1 预应力FRP筋混凝土梁刚度B_fps
• 6.4.2 梁挠度计算
• 6.5 裂缝宽度的计算
• 6.6 预应力FRP筋混凝土梁与FRP筋混凝土梁
• 6.7 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 结论与建议
• 7.2 本文不足之处和有待进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢