FRP筋增强UHPC模壳型混凝土组合梁受弯性能

为研究纤维复合材料(fiber-reinforced polymer,FRP)筋增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)模壳型混凝土组合梁的受弯性能,基于已验证模型,对U型UHPC模壳型混凝土组合梁进行有限元模拟,分析不同配筋率下截面构造形式和UHPC厚度、混凝土和筋材力学性能对构件的开裂、屈服、极限荷载,及其对应挠度、破坏模式、能量耗散和延性等的影响.研究表明:UHPC模壳可有效延缓组合梁开裂;增加UHPC面个数可有效提高极限荷载;适当提高UHPC强度、FRP筋弹性模量和UHPC厚度均可以有效提高极限荷载;混合配筋组合梁比钢筋组合梁有更好的能耗和延性;盲目提高FRP筋抗拉强度并不能提高组合梁受弯性能,但混合配筋模式下,提高FRP配筋率可以提高极限荷载和极限挠度.该研究结果可为UHPC模壳型混凝土组合梁结构设计与分析提供参考.

氯盐侵蚀作用后钢-FRP复合筋混凝土柱偏心受压性能试验研究

为研究氯盐侵蚀作用后钢-FRP复合筋(SFCB)混凝土柱偏心受压性能,对经氯盐侵蚀后的SFCB及SFCB混凝土偏心受压柱进行力学性能试验。研究了配筋类型、配筋率、偏心距、长细比、应力水平与侵蚀时间对承载力、侧向变形、裂缝和破坏形态的影响。结果表明:筋材强度保留率随侵蚀时间增加而降低,无应力侵蚀180d后,钢筋、SFCB和FRP筋极限强度分别降低了12.2%、9.9%和3.6%;随筋材截面含钢率的增加,SFCB混凝土偏心受压柱承载力逐渐提高,侧向变形逐渐减小;侵蚀后钢筋组、SFCB组和FRP筋组试件极限承载力分别较其未侵蚀试件最大下降16.6%、12.4%和7.2%。SFCB混凝土柱具有良好的抵抗侧向变形和裂缝的能力。

粘贴FRP剪力键的FRP-UHPC组合梁受剪性能研究

为了研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)-超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)组合梁的受剪性能,对FRP-UHPC组合梁进行四点受弯试验。组合界面采用FRP剪力键(FRP Shear Key,FSK)与环氧树脂胶结混合处理的方式降低界面滑移的影响。对组合梁的破坏模式、荷载-位移响应、应变响应和滑移响应进行分析,研究了混凝土类型、FSK间距、混凝土板宽度和高度对组合梁受剪性能的影响。研究结果表明:FRP-UHPC组合梁的破坏模式是剪切破坏,FRP-普通混凝土组合梁的破坏模式是弯、剪协同破坏;组合梁存在剪力滞后效应,随着混凝土板宽度的增大,剪力滞后效应越明显;混凝土采用UHPC、减小FSK间距和提高混凝土板截面尺寸都可以有效提高组合梁的抗剪性能,并减小界面滑移。基于合理假定,提出了FRP-UHPC组合梁的抗剪承载力和考虑剪切变形的挠度计算方法,预测结果与试验结果吻合较好。

氯盐侵蚀作用后钢-BFRP复合筋混凝土梁受弯性能

为研究氯盐侵蚀对钢-玄武岩纤维复合筋(steel-basalt FRP composite bar,B-SFCB)混凝土梁受弯性能的影响,对经氯化钠溶液侵蚀作用后4种不同筋材(钢筋、BFRP筋和2种不同B-SFCBs)受拉性能和5组混凝土梁(钢筋和BFRP筋混凝土梁各1组、B-SFCB混凝土梁3组)受弯性能进行试验研究。分析应力水平和侵蚀时间对B-SFCB受拉性能及B-SFCB混凝土梁受弯承载力、变形、裂缝和破坏形态的影响。结果表明:各筋材抗拉强度随侵蚀时间增加而逐渐下降,无应力侵蚀180 d后,钢筋、B-SFCB和BFRP筋抗拉强度最大分别下降了12%、10%和4%;应力与氯盐侵蚀耦合作用后B-SFCB与BFRP筋的抗拉强度保留率低于无应力侵蚀筋材的;B-SFCB屈服后,混凝土梁仍具有稳定的抗弯刚度,其屈服荷载随筋材截面含钢率的提高而增大;侵蚀时间对无应力侵蚀混凝土梁荷载-挠度曲线影响较小,但对应力与侵蚀耦合作用梁荷载-挠度曲线影响较大,且随侵蚀时间增加而明显;荷载-裂缝宽度曲线变化趋势与荷载-挠度曲线基本一致。基于简化的材料本构模型和基本假定,定义了B-SFCB混凝土梁正截面受弯3种破坏形态并给出了其判别方法,建立了承载力简化计算式。借鉴美国ACI 440和中国GB 50010—2010规范,建立了B-SFCB混凝土梁刚度和裂缝宽度计算式,承载力、变形和裂缝宽度计算值与实测值吻合良好,可供工程设计参考。

低周反复荷载作用下SFCBs-RPC框架力学性能分析

为研究低周反复荷载作用下钢-FRP复合筋(steel-FRP composite bar,SFCB)活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)框架力学性能,基于有限元软件ABAQUS对一榀钢筋混凝土框架在低周反复荷载作用下的力学性能进行分析,模拟结果与试验吻合性良好。在此基础上,建立SFCBs-RPC框架模型,分析混凝土强度、轴压比及柱纵筋配筋率对SFCBsRPC框架抗震性能的影响。结果表明,SFCB-RPC框架相比钢筋RPC框架具有良好的二次刚度,屈服后承载力提升明显且残余变形率更小,具有良好的变形恢复能力和延性;RPC框架相比普通混凝土框架拥有更高的承载力和延性;框架延性随轴压比和柱纵筋配筋率的增大而降低;SFCBs-RPC框架总体呈现良好延性。

碳纤维布粘贴加固BFRP筋-ECC-混凝土组合梁受弯性能研究

工程结构服役期间经常由于使用功能改变或使用荷载增加而需要对结构进行加固改造。为研究经碳纤维布粘贴加固后的玄武岩纤维增强塑料(BFRP)筋-工程用水泥基复合材料(ECC)-混凝土组合梁的受弯性能,对3组共12根不同ECC高度替换率(0、0.29和0.58)的BFRP筋-ECC-混凝土组合梁底分别粘贴1、2和3层碳纤维布的加固构件及未加固构件进行静力受弯性能试验。研究碳纤维布粘贴层数和ECC高度替换率对组合梁受弯承载力和破坏形态的影响。试验结果表明:采用受拉性能优异的ECC替代受拉区部分混凝土形成的ECC-混凝土组合梁不仅可提高构件承载力,还可有效改善构件抵抗开裂和变形的能力;组合梁底粘贴3层碳纤维布,裂缝宽度可降至未加固试件的10%,受弯承载力提高20%,挠度降低50%。借鉴钢筋混凝土理论,基于合理的基本假定和简化的材料本构模型,提出粘贴碳纤维布加固的组合梁受弯承载力计算式,并给出碳纤维布强度折减系数,理论预测值与试验实测值吻合良好。