FRP筋混凝土梁设计理论研究

论文摘要

近年来，随着混凝土结构数量的不断增多和使用期的增加，混凝土结构中钢筋腐蚀造成的结构耐久性降低和结构破坏已日益成为一个严重的问题。用FRP(纤维增强塑料，Fiber reinforced plastic)筋代替混凝土结构中的钢筋是解决上述问题的一个有效办法。欧美及日本等发达国家从上世纪七十年代开始对FRP筋混凝土结构进行了研究。我国在这方面的研究起步较晚，特别是在设计理论方面，至今仍未颁布相应设计规范。因此，开展FRP筋混凝土梁的设计理论研究具有十分重要的理论意义和实用价值。 本文的主要研究工作包括： 第一部分 基于18个梁式试件和48个拉拔试件的粘结试验，系统地研究了GFRP筋与混凝土之间的粘结锚固性能，包括破坏模式、粘结强度、锚固长度和粘结一滑移本构关系等。试验及分析表明：GFRP筋的粘结性能与试验方法、GFRP筋直径、粘结长度及破坏模式等因素有关。在本文试验以及已有试验研究的基础上，提出了综合考虑GFRP筋的表而特性、试验方法、GFRP筋直径、粘结长度以及混凝土强度的、GFRP筋的粘结强度理论公式和锚固长度设计建议。此外，还建立了GFRP筋与混凝土之间的粘结滑移本构模型，并根据试验结果确定了模型中特征点的参数取值。 第二部分 采用大型商用有限元分析软件——ANSYS建模，对FRP筋混凝土梁的单调受力全过程进行了非线性有限元模拟与参数分析。对本课题组前期试验以及国内外其它有关试验的分析和验证表明，本文建立的ANSYS分析模型能较好模拟FRP筋混凝土梁的受力性能。在此基础上，完成了38根FRP筋混凝土梁的非线性有限元分析，为FRP筋混凝土梁设计理论的研究补充了基础数据。 第三部分 基于国内外112个FRP筋混凝土梁试验研究数据和本文38根FRP筋混凝土梁的有限元分析结果，对FRP筋混凝土梁的设计理论进行较系统的研究：①建立了配筋率与破坏模式(受拉破坏、受压破坏和平衡破坏)的定量关系；②通过对不同破坏模式下正截面极限状态的受力分析，结合150根FRP筋混凝土梁正截面承载力的统计分析，合理确定了梁中受拉FRP筋的“名义屈服强度”，在此基础上推导了FRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力的设计公式；③

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 钢筋混凝土结构腐蚀问题
• 1.1.1 钢筋混凝土结构腐蚀问题现状
• 1.1.2 目前解决混凝土结构腐蚀问题的方法
• 1.2 FRP筋简介
• 1.2.1 FRP材料基本性能
• 1.2.2 FRP筋的成形工艺
• 1.2.3 FRP筋的特点
• 1.3 FRP筋混凝土结构发展简史
• 1.3.1 国外
• 1.3.2 国内
• 1.4 本文的主要研究工作
• 参考文献
• 第2章 FRP筋混凝土结构国内外研究进展
• 2.1 FRP筋粘结锚固性能
• 2.1.1 FRP筋粘结性能的主要影响因素
• 2.1.2 粘结强度与锚固长度设计建议
• 2.1.3 粘结滑移本构模型
• 2.2 FRP筋混凝土梁设计理论
• 2.2.1 正截面承载力
• 2.2.2 抗裂度
• 2.2.3 裂缝宽度
• 2.2.4 挠度
• 2.3 FRP格栅筋混凝土板受力性能
• 2.3.1 试验研究
• 2.3.2 受力性能
• 2.3.3 设计方法
• 2.4 各国规范编制情况
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第3章 GFRP筋与混凝土粘结锚固性能试验和理论研究
• 3.1 试验设计
• 3.1.1 试验方法
• 3.1.2 试件设计
• 3.1.3 试验装置及量测内容
• 3.2 主要试验结果
• 3.2.1 破坏形态与破坏机理
• 3.2.2 粘结—滑移曲线
• 3.2.3 粘结强度
• 3.3 GFRP筋粘结强度和锚固长度计算理论
• 3.3.1 现有公式规范公式和设计建议
• 3.3.2 影响GFRP筋粘结强度的主要因素
• 3.3.3 GFRP筋粘结强度的理论公式
• 3.3.4 GFRP筋锚固长度的设计建议
• 3.4 粘结—滑移本构曲线模型
• 3.4.1 本构模型
• 3.4.2 参数取值
• 3.4.3 GFRP筋粘结—滑移本构曲线
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第4章 FRP筋混凝土梁非线性有限元全过程分析
• 4.1 混凝土结构非线性有限元基本原理
• 4.1.1 钢筋混凝土结构的三种有限元模型
• 4.1.2 SOLID 65单元
• 4.1.3 材料的本构关系
• 4.2 非线性有限元全过程分析
• 4.2.1 有限元模型及加载
• 4.2.2 试验验证
• 4.3 参数分析
• 4.3.1 试验设计
• 4.3.2 分析结果
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第5章 FRP筋混凝土梁设计理论研究
• 5.1 试验研究成果
• 5.1.1 本课题组和国外部分试验研究概况
• 5.1.2 正截面受力阶段
• 5.1.3 破坏形态
• 5.2 正截面承载力
• 5.2.1 极限状态正截面受力分析
• 5.2.2 特征配筋率与破坏模式
• 5.2.3 简化设计方法
• 5.2.4 设计建议
• 5.2.5 理论值与试验值对比
• 5.3 抗裂度
• 5.4 裂缝宽度和挠度
• 5.4.1 修正公式
• 5.4.2 理论值与试验值对比
• 5.5 小结
• 参考文献
• 第6章 FRP格栅筋混凝土板设计理论研究
• 6.1 本课题组和国外部分试验研究概况
• 6.2 非线性有限元参数分析
• 6.2.1 有限元模型
• 6.2.2 试验验证
• 6.2.3 参数分析
• 6.3 设计理论
• 6.3.1 单向板与双向板的界定
• 6.3.2 单向板设计方法
• 6.3.3 双向板设计方法
• 6.4 设计建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文