GFRP筋高强轻骨料混凝土梁受弯性能研究

发布时间：2020-11-11 08:52

　　 玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber Reinforced Plastic,简称GFRP)筋抗拉强度高、抗腐蚀性能优越且价格较便宜,轻骨料混凝土具有轻质高强、耐腐蚀性能好、经济性优良等优点,两者结合使用可更好的解决钢筋混凝土结构钢筋腐蚀、耐久性较差的缺点。目前国内外对于FRP筋轻骨料混凝土结构的研究资料较少,为便于在工程实践中推广应用,有必要对其受力性能进行研究。本文以GFRP筋高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验为依托,对其两点对称静力加载下受弯性能进行分析,并提出了适用于FRP筋高强轻骨料混凝土梁的设计方法。主要研究内容如下:1.完成了9根GFRP筋高强轻骨料混凝土梁与钢纤维轻骨料混凝土梁的受弯性能试验,并与钢筋轻骨料混凝土梁受弯性能进行了对比。研究表明:相比钢筋轻骨料混凝土梁,GFRP筋轻骨料混凝土梁的受弯刚度较小,相同荷载作用下裂缝开展较快、裂缝宽度较宽且开展高度较高;掺入钢纤维可有效改善GFRP筋轻骨料混凝土梁的受弯性能,主要表现为:提高构件极限承载力约21.9%;增大构件受弯刚度,从而减小梁的挠度,使其基本满足正常使用状态要求;减小荷载作用下裂缝宽度,但仍超过正常使用极限状态下的规范限值;相比钢筋轻骨料混凝土试件,GFRP筋轻骨料混凝土梁受弯延性较差,掺入钢纤维对其延性有所改善;但随着纵筋配筋率的增加,钢纤维对GFRP筋轻骨料混凝土梁受弯性能的改善效果逐渐减弱。2.基于《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010),考虑轻骨料混凝土与普通混凝土性能的差异,修正了GFRP筋轻骨料混凝土梁挠度与裂缝宽度计算公式;根据GFRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁受弯试验结果,考虑钢纤维对其受弯性能的影响,提出了GFRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁受弯挠度与裂缝宽度的修正计算公式。3.通过对FRP筋轻骨料混凝土受弯构件的计算模型进行分析,考虑受压钢筋在FRP筋轻骨料混凝土梁中的作用,以及钢纤维对轻骨料混凝土受拉区的影响,建立了FRP筋轻骨料混凝土受弯构件极限承载力统一计算公式,并对FRP筋轻骨料混凝土受弯构件的设计提出建议。4.在FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁受弯挠度与裂缝宽度修正计算公式基础上,考虑受弯过程中挠度与裂缝各自的发展形态,分别分析了影响其正常使用挠度、裂缝宽度要求的因素,定义了安全储备系数,并提出了综合满足正常使用状态挠度与裂缝宽度要求的FRP筋轻骨料混凝土受弯构件设计方法。论文完成的相关工作,可为FRP筋混凝土结构相关标准的制定提供试验依据,同时丰富高强轻骨料混凝土的相关试验资料,促进轻骨料混凝土在国内工程中的实际应用,对FRP筋混凝土结构和轻骨料混凝土结构在工程实践中的应用都具有重要的理论意义。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU37
【部分图文】：

山区、高原众多，地形复杂，山谷、大河、深沟等地貌普遍，跨越能力卓越且经济实用性良好的大跨桥梁得到了快速发展，发挥着越来越重要的作用。但是，因钢筋腐蚀、混凝土开裂等因素造成桥梁耐久性不足的现象十分普遍。解决混凝土桥梁耐久性问题，对推动我国基础设施建设、改善国计民生具有重要意义。纤维增强材料(Fiber-Reinforced Polymer，简称 FRP)是由多股连续长纤维采用基底材料（如聚酰胺树脂、聚乙烯树脂、环氧树脂等）胶合后，经过特制的模具挤压、拉拔成型的。根据所用纤维种类的不同，可分为芳纶纤维增强筋(AFRP)、玄武岩纤维增强筋(BFRP)、碳纤维增强筋(CFRP)以及玻璃纤维增强筋(GFRP)等[1]。FRP 材料由于材料性能上的优势，可制成棒状、板状和网格状等，替代钢筋作为一种新型混凝土结构加强筋，可从根本上解决钢筋锈蚀问题。其中，GFRP 筋的抗拉强度高，抗腐蚀性能极好，价格相对低廉，且热膨胀系数与混凝土接近，非常适合作为钢筋的替代材料与混凝土结合使用。目前，国内外学者对 GFRP 筋混凝土梁已进行了大量的试验研究和理论分析，在工程实践中已有初步应用，但在材料选择方面主要集中在普通混凝土上。

山区、高原众多，地形复杂，山谷、大河、深沟等地貌普遍，跨越能力卓越且经济实用性良好的大跨桥梁得到了快速发展，发挥着越来越重要的作用。但是，因钢筋腐蚀、混凝土开裂等因素造成桥梁耐久性不足的现象十分普遍。解决混凝土桥梁耐久性问题，对推动我国基础设施建设、改善国计民生具有重要意义。纤维增强材料(Fiber-Reinforced Polymer，简称 FRP)是由多股连续长纤维采用基底材料（如聚酰胺树脂、聚乙烯树脂、环氧树脂等）胶合后，经过特制的模具挤压、拉拔成型的。根据所用纤维种类的不同，可分为芳纶纤维增强筋(AFRP)、玄武岩纤维增强筋(BFRP)、碳纤维增强筋(CFRP)以及玻璃纤维增强筋(GFRP)等[1]。FRP 材料由于材料性能上的优势，可制成棒状、板状和网格状等，替代钢筋作为一种新型混凝土结构加强筋，可从根本上解决钢筋锈蚀问题。其中，GFRP 筋的抗拉强度高，抗腐蚀性能极好，价格相对低廉，且热膨胀系数与混凝土接近，非常适合作为钢筋的替代材料与混凝土结合使用。目前，国内外学者对 GFRP 筋混凝土梁已进行了大量的试验研究和理论分析，在工程实践中已有初步应用，但在材料选择方面主要集中在普通混凝土上。

图 2.1 GFRP 筋材性试验加载装置 表 2.5 GFR名义直径/mm 实测直径/mm 14 13.77 10 9.87 2.1.3 试件设计与制作2.1.3.1 试件设计参数试验共设计了 10 根轻骨料混凝土试根为钢筋轻骨料混凝土梁，以混凝土种类表 2.6 GFRP 筋组别 试件编号混凝土强度fc'/MPa有效高h0/m1LC-S-4#10 60.17 245.0LC-G-4#10 48.66 245.0LC-G-3#14 43.39 243.1
【参考文献】

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本文编号：2878998