偏压荷载作用下GFRP筋混凝土柱试验研究和纵筋配筋率计算

发布时间：2020-10-23 18:56

　　 纤维增强筋(Fiber Reinforced Polymer Bar,FRP筋)在海洋、盐碱以及氯离子等恶劣环境中表现出了优良耐腐蚀性,利用FRP筋代替钢筋成为混凝土结构的受力筋可以根本上解决环境侵蚀造成的结构安全性等问题,FRP筋混凝土构件已经成为解决钢筋混凝土构件耐腐蚀性问题最有效的方法之一。目前,国内外对FRP筋混凝土受弯构件的研究比较多,对其截面配筋计算已经制定了相关规范,但是对FRP筋混凝土受压构件的研究不多,还没有形成较为标准的截面配筋计算方法,同时对FRP筋混凝土构件的最小和最大纵筋配筋率还没有提出明确的计算公式。工程中受压构件一般承受偏心荷载,本文对偏心荷载作用下GFRP筋混凝土柱进行了试验和截面配筋计算的研究,提出区分GFRP筋混凝土柱偏心类型的界限和纵筋配筋计算方法,并对GFRP筋混凝土柱最小和最大纵筋配筋率计算方法进行了研究。本文主要进行了以下几个方面的工作:第一,偏心荷载作用下GFRP筋混凝土柱受压试验。试验包含7根GFRP筋混凝土柱,考虑纵筋配筋率和偏心距对试件失效模式、极限承载能力和截面受力状态等方面的影响,试验结果表明,GFRP筋混凝土柱主要有两种失效模式:1)受压区混凝土压碎;2)受拉区GFRP筋拉断;纵筋配筋率是影响试件破坏特征的主要因素;在第一种破坏模式情况下,极限承载力与纵筋配筋率成正比,与偏心距成反比;试件的变形能力随着纵筋配筋率的增大而减小;第二,根据试验分析结果和钢筋混凝土偏心受压柱相关内容,当GFRP筋混凝土柱达到预期破坏模式时,即受压区混凝土压碎,可以将GFRP筋混凝土柱分为部分截面受压和全截面受压两种偏心受压类型,根据GFRP筋的受力特点,提出了区分两类偏心类型的临界偏心距计算公式以及两种偏压类型的GFRP筋混凝土柱截面纵筋配筋率计算方法。第三,通过截面配筋计算得到的纵筋配筋率不一定能够满足工程需求,同防止钢筋混凝土构件发生少筋和超筋破坏类似,界定GFRP筋混凝土柱的“适筋”范围具有非常重要的工程意义,本文主要做了以下三方面工作:1)在规范规定的FRP筋混凝土受弯构件最小纵筋配筋率计算公式基础上,提出了符合工程实际的GFRP筋混凝土受弯构件和GFRP筋混凝土柱的最小纵筋配筋率计算公式;2)提出了考虑混凝土收缩、徐变和强震作用下卸载规律的GFRP筋混凝土柱最大纵筋配筋率计算公式。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU37
【部分图文】：

图 1.1 FRP 筋制作工艺（1）芳纶纤维筋（AFRP 筋）1972 年，美国杜邦公司在制造一种人造有机纤维时，采用了芳纶纤维为主要材料进行研发和生产，一般情况下 AFRP 筋具有较小的密度，说明其重量会比较轻，同时具有很高的强度以及较高的弹性模量。（2）碳纤维进（CFRP 筋）1959 年，碳纤维筋在美国一家公司问世，其高强度和高弹性模量成为了其高性能的原因，但是碳纤维筋的造价一般比较高。（3）玻璃纤维筋（GFRP 筋）玻璃纤维是最早研制出来的纤维增强材料，以此材料为基础制作成的玻璃纤维筋目前在桥梁和房屋建构应用的最为广泛，1942 年，美国橡胶公司对碳酸树脂和玻璃纤维的结合进行了多次尝试，通过各种试验结果，研发出了 GFRP 筋，在欧洲，一些国家通过不断探索和尝试，将此种材料进行加工制作成了现在的GFRP 筋材，并开始了相关研究工作，GFRP 筋相比 CFRP、AFRP 筋来说，弹性模量是最低的，但是相对于钢筋仍然有很高的抗拉强度，并且由于其造价成本最

图 1.2 美国 Morristown 大桥（2）加拿大加拿大目前是将 GFRP 筋用于结构中最多的国家，并与 2006 年第一部关RP 筋混凝土结构的设计指导性规范——CSA-S806-06，该规范关于 FRP 筋土结构的最新版本为 CSA-S806-12，并建造了大量的 FRP 筋混凝土结构。1，加拿大马尼托巴建造了一座以 CFRP 筋和 GFRP 筋代替钢筋 Headingley；2006 年，在加拿大温尼伯格红河上建造了一座泄洪大桥，该桥由 16 跨组成跨约 15.3m×43.5m，所有的混凝土结构均采用 GFRP 筋，GFRP 筋总量约 ，是世界上使用非金属增强筋最大的桥梁，同时在加拿大魁北克利用 GFRP凝土结构作为桥面板的桥梁还包括沃顿大桥、马格大桥、库克希尔伊顿大桥于使用了 GFRP 筋作为受力筋，这些桥在服役的 10 年期间，没有出现任何侵蚀发生承载力退化等现象。（3）欧洲在欧洲，德国是最早将 FRP 筋应用到实际工程结构中的国家，建造了预 FRP 筋高速公路。1986 年，在德国首次将 GFRP 筋作为预应力筋运用在了

图 1.3 FRP 斜拉人行天桥二十世纪九十年代初，BRITE/EURAM项目在德国和荷兰等欧洲国家的推启动，该项目主要针对无机纤维筋混凝土结构的力学性能进行详细的研究同时，欧洲各国开展了相关合作，启动了《高性能纤维复合材料加固混凝土设计指南》项目，在该项目的推动下，欧洲国家对FRP筋混凝土结构和构件能有了进一步的认识，在这些研究认识的基础上，瑞士建造了一座完全由混凝土结构建造的蓬特雷西纳桥，该桥位于瑞士的FLANZ河上；在20世纪代末期，在瑞士的巴塞尔建成了一座框架结构房屋，该结构主体全部为FR凝土框架结构，该建筑是当时利用FRP筋混凝土结构建造的最高的建筑之（4）日本日本在上世纪 90 年代成为应用 FRP 筋最广的国家之一，大约有 100 多个建筑和商业大楼是用了 FRP 筋。由于日本处于沿海国家，日本对钢筋混凝锈蚀问题非常重视，在 20 世纪 90 年代启动了无机纤维筋混凝土结构的发划[20]，碳纤维筋混凝土结构迅速发展。（5）中国
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本文编号：2853415