混合配筋钢纤维混凝土梁正截面受弯性能试验研究

发布时间：2020-05-06 13:45

【摘要】：近些年来,随着冶金行业快速发展,余热处理钢筋生产工艺及技术进步显著,其生产质量稳定,性能较以前改善明显,在欧美等发达国家土木工程领域已经得到应用。FRP筋是一种新型建筑材料,具有轻质、高强、绝缘、耐腐蚀等优点。将余热处理钢筋与FRP筋混合配置作为受力钢筋进行梁受弯性能试验研究,发现混合配筋混凝土梁的受弯力学性能与普通钢筋混凝土梁类似,表明该种配筋形式可行。但在试验过程中也发现混合配筋混凝土梁存在开裂较早、后期裂缝宽度增长较快的不足。为解决这个问题,本文在混凝土中加入钢纤维,开展混合配筋钢纤维混凝土梁正截面受弯性能试验研究,主要研究内容及结论如下:1.对5根余热处理钢筋与GFRP筋混合配筋钢纤维混凝土梁进行正截面受弯试验研究,发现:混合配筋混凝土梁裂缝分布形态与普通钢纤维钢筋混凝土梁类似,且随钢纤维体积率增加,梁裂缝分布更均匀,裂缝条数减少;钢纤维的加入能有效低抑制梁裂缝开展,提高开裂荷载和受弯承载力;在钢纤维体积掺量不变情况下,混合配筋中GFRP筋配筋占比的增大,对混合配筋梁开裂荷载与极限弯矩影响不大,但对余热钢筋屈服后的混合配筋梁裂缝及挠度发展抑制作用明显。2.针对混合配筋钢纤维混凝土梁配筋率,提出了按弹性模量换算和按强度换算的名义配筋率,定义了混合配筋钢纤维混凝土梁两个界限破坏状态,并根据平截面假定,推导出适筋破坏的配筋率范围。3.考虑钢纤维混凝土的抗拉作用,推导出混合配筋钢纤维混凝土梁的极限弯矩和开裂弯矩公式,据此计算的理论值与试验实测值对比,发现两者吻合较好。4.参考《混凝土结构设计规范》中梁挠度及裂缝宽度公式,并考虑混合配筋钢纤维混凝土梁受弯过程中GFRP筋与混凝土粘结滑移影响,推导出混合配筋钢纤维混凝土梁平均裂缝间距、挠度及最大裂缝宽度公式,与试验结果相比较,本文推导的正常使用状态下挠度与裂缝宽度公式计算值与实际值较为吻合。5.采用ABAQUS模拟软件对五根梁分别建立相应的有限元模型,通过模型计算结果分析五根梁的挠度和破坏形态,并将有限元模拟值与实测值进行对比分析。结果表明:有限元模拟值与实测值较为接近,建立的有限元模型能较好的模拟混合配筋梁的实际受力的情况。
【图文】：

生产工艺

通过对筋材强度，延性及耐久性的不同要求，可以制作出不同需求类别的 GFRP筋。FRP 筋的制作过程可分为干法加压成型和湿接触成型。根据其工艺手段，FRP 筋成型方法大致分为如下几种:（1）手糊法，多采用人工的方法在潮湿环境下粘贴而成，能够降低生产成本，，对设备要求较低，但是手糊法生产的 FRP 筋质量差，生成效率低；（2）喷射法，将纤维筋约束成型，通过喷射树脂材料的方法生成 FRP 筋，这种方法生产的 FRP 筋材质均匀，性能稳定；（3）模压法，将纤维与树脂等材料放入特制的模具里，加压成型形成的 FRP 筋；（4）RTM 法，利用机器设备代替手糊法的一种方法，生产效率高，材质均匀，抗拉强度高。我国早期一般采用挤拉、喷射法等工艺生产 FRP 筋。现在，FRP 筋生产自动化控制技术已经成熟，按照 FRP 筋的生产流程，自动化生产控制系统主要包括缠绕部分、固化部分、脱模部分以及磨切部分。通过自动化控制生产的 FRP筋具有形状尺寸标准、材质均匀、抗拉强度高、生产效率高等优点，而且降低了生产成本。

受力情况,复合材料,钢纤维

图 1-2 复合材料受力情况假定：（1）钢纤维在混凝土基体中平行连续排列。（2）纤维完全和混凝土融合，也就是说，两者产生而没有相对滑动（fm c）。（3）钢纤维与混凝土基体为弹性变形。将几种混合材料看成一种新的复合材料，研究这种材料的应f(1)ffmmfc f fm f 材料的弹性模量 EC是cmmmmmmmcffffcffdfdddfffdfdddfffctt cm()()()()ddfc cmmcmmcffctddfddfddfddf f
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU375.1

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