玻纤增强筋连接件在混凝土保温系统中的应用

玻纤增强筋以其低密度、高强度、低导热等优良特性成为替代螺纹钢作为连接件的首选材料。通过对该保温系统中的玻纤增强筋连接件的安全性分析表明,玻纤增强筋连接件主要承受轴向拉力,几乎不承担弯矩和剪力,且其轴拉承载力满足设计要求;热工性能方面,玻纤增强筋连接件与螺纹钢连接件相比能显著降低综合导热修正系数,以石墨聚苯板为保温材料,连接件布置密度为8个/m2,以螺纹钢和玻纤增强筋为连接件的保温系统中综合导热修正系数建议取值分别为1.70和1.10。降低导热修正系数可显著削减保温层设计厚度,降低了保温材料的用量,并可提升保温系统的热工性能。

配置纤维增强筋的钢-UHPC组合桥面板抗弯性能试验研究

为提升钢-UHPC组合桥面板的结构性能,考虑采用纤维增强筋替代UHPC中的钢筋。为研究配置纤维增强筋的钢-UHPC组合桥面板的弯曲抗裂性能,寻求合理的纤维增强筋,设计、制作4组钢-UHPC组合桥面板试件(抗裂筋分别采用钢筋、CFRP筋、GFRP筋和BFRP筋,每组2个),开展弯曲试验,以钢筋试件为参照,对比3类纤维增强筋试件的挠度、应变和裂缝发展规律。结果表明:各类试件的荷载~挠度曲线、荷载~应变曲线和荷载~最大裂缝宽度曲线的发展均与抗裂筋的力学性能密切相关;抗裂筋的弹性模量决定了钢-UHPC组合桥面板试件的抗弯刚度和裂缝控制能力,CFRP筋具有与钢筋相当的弹性模量,故其抗弯刚度大、裂缝控制能力强,而GFRP筋和BFRP筋弹性模量显著小于钢筋,故其裂缝控制能力较差;抗裂筋的抗拉强度决定了钢-UHPC组合桥面板试件的抗弯承载力,3类纤维增强筋的抗拉强度均高于钢筋,故其极限承载力均高于钢筋试件。为确保钢-UHPC组合桥面板的抗裂性能,建议必要时采用CFRP筋替代钢筋。

无粘结纤维增强筋预应力混凝土梁非线性分析

建立应用纤维增强筋的无粘结预应力混凝土梁的有限元计算力学模型,运用有限元分析软件,对纤维增强筋预应力混凝土梁进行从加荷、开裂、屈服直至破坏的全过程非线性有限元计算,分析裂缝扩展情况、应力分布规律和传力机理,为纤维增强材料在桥梁工程中的应用推广提供理论计算依据。

增强筋插入式加固钢筋混凝土梁的挠度研究

为了研究增强筋插入式加固钢筋混凝土梁的变形性能,通过试验和理论计算分析结果表明,玄武岩纤维筋绑扎加固、玄武岩纤维筋插入式加固和普通钢筋绑扎加固3种加固方法都能很明显地改善梁的变形性能,所有梁跨中挠度的计算值均小于混凝土结构设计规范所规定的在标准荷载作用下挠度限值,按混凝土结构设计规范(GB 50010—2010)给出的刚度公式所计算出的跨中挠度具有足够的安全储备。

玻璃纤维增强筋在低温环境中的拉伸性能研究

分别将直径为16、22mm的玻璃纤维增强(GFRP)筋在不同温度下进行拉伸试验,研究了温度、筋体直径、恒温时间等因素对GFRP筋拉伸性能的影响,揭示了其拉伸性能的变化规律。结果表明,在低温环境下,GFRP筋体破坏表观特征无明显变化;在-20~0℃时,筋体极限拉伸强度随温度的降低而增加,直径为16mm的GFRP筋的拉伸模量随温度的降低变化明显,而直径为22mm的GFRP筋则呈现较稳定的状态;在0~20℃时,2种筋体的极限拉伸强度和拉伸模量均变化较小;低温状态下恒温1h后,筋体的拉伸性能趋于稳定,低温持续时间对筋体的影响较小。

增强筋混凝土梁受弯疲劳研究进展

本文总结了国内外学者对混凝土、钢筋、FRP筋的材料疲劳性能、破坏准则、损伤模型的研究,论述了由各材料组成的梁构件的疲劳受力过程、破坏形态、刚度退化、挠度增长规律,分析了FRP筋部分代替钢筋的混凝土梁的疲劳性能的特点,并探讨增强筋混凝土梁的疲劳性能的发展空间与研究价值。

混凝土结构中钢筋与玻璃纤维增强筋(GFRP)的基本特征及其应用

玻璃纤维增强筋(GFRP),具有较强的抗腐蚀性、耐久性,常应用于地铁站台的混凝土结构中,抗拉性能明显高于钢筋,替代钢筋作为抗拉材料非常合适,但是其延伸率远小于钢筋,同时,抗剪能力比较差,不适合替代钢筋作为主要的抗剪材料。在拉伸状态时,钢筋首先出现轻微紧缩,达到破坏强度时,力不再增加而是迅速下降,钢筋出现明显紧缩,随后突然断裂,而GFRP筋是从中间纤维先开裂,然后断裂的纤维越来越多,直至完全断开。

纤维聚合物增强筋在土木工程中的应用

纤维聚合物增强筋(FRP筋)具有轻质、高强、耐腐蚀、无磁性等优异性能,近年来已开始应用于桥梁、码头、机场、雷达站及岩土工程中,引起了国内外土木工程界的极大关注。本文介绍了FRP筋这一新型材料的主要性能及在国內外土木工程的应用。

基于数据库的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法

玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验主要研究弯折半径与直径之比对弯拉强度的影响,直线段抗拉强度对弯拉强度的影响研究较少。本文基于ACI 440.3R-12中B.5试验方法,开展3组(9个弯拉试件)不同直线段抗拉强度的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验研究。3组试件直线段抗拉强度分别为530(A组)、850(B组)和1100 MPa(C组),弯折半径与箍筋直径之比均为3。试验结果表明:所有试件均发生玻璃纤维增强复合材料箍筋弯折段被拉断的破坏模式;A、B、C组试件弯拉强度分别为325、445和530 MPa。本文系统收集了国内外已有93个弯拉试件,并结合本文9个弯拉试件建立了玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验数据库。基于数据库统计分析,提出了保证率不小于95%的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法。

浅析纤维增强塑料筋在土木工程中的运用

在当今土木工程中,传统材料如钢材等虽被广泛应用,但是其质量大、易腐蚀等问题日益凸显。纤维增强塑料筋作为一种崭露头角的新型高性能材料,凭借其高强度、轻质以及出色的耐腐蚀性等特点,越来越受到工程界的关注。深入探讨纤维增强塑料筋在土木工程中的多元化运用。

碳纤维增强复合材料筋对“弱柱节点”抗震性能的影响研究

为研究“弱柱节点”内置碳纤维增强复合材料(CFRP)筋对节点抗震性能的影响,设计并开展不同CFRP筋配筋率的两组“弱柱节点”双向等幅低周往复荷载试验,研究此类节点的破坏类级及破坏形式方面的差异。试验结果表明:内置CFRP筋的配筋率是影响“弱柱节点”破坏程度的重要因素;“弱柱节点”内置CFRP筋时,CFRP筋配筋量越大,节点的承载力不一定越高,CFRP筋配筋率较低且采用小直径CFRP筋时,节点的承载力和变形性能均有所提高;“弱柱节点”内置CFRP筋,需要控制CFRP用量在合适的范围内,才能更好地改善和提高“弱柱节点”的抗震性能,实现结构纠错、容错,降低“弱柱”造成的结构抗震性能影响。

极地低温下CFRP筋与混凝土黏结性能数值分析

为进一步了解极地低温下碳纤维增强复合材料(CFRP)筋与混凝土的黏结性能,在现有试验的基础上,采用ABAQUS软件建立考虑CFRP筋表面特征的数值模型,分析64种工况,研究低温下CFRP筋直径、肋高、肋宽与混凝土保护层厚度等参数对黏结性能的影响。结果表明:考虑CFRP筋表面特征的数值模型可以较好地表征CFRP筋与混凝土之间的应力传递,能够反映低温下CFRP筋与混凝土的损伤情况与黏结破坏机制;低温可显著提高CFRP筋-混凝土的黏结强度;在低温下,随着CFRP筋直径的增加,CFRP筋与混凝土的黏结强度降低,同时弱化了低温对黏结强度的增强效应;随着CFRP筋肋高的增加,CFRP筋-混凝土的低温黏结强度呈现先提高后降低的趋势,肋高为筋材直径8%时黏结强度达到最大值;CFRP筋肋宽的变化主要影响黏结滑移曲线的形状;相比常温试件,在低温下试件发生拔出破坏时的混凝土保护层厚度更大。

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

FRP筋混凝土短梁抗剪性能试验研究及承载力计算

为分析梁高、剪跨比、腹筋率等参数对纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土短梁抗剪承载力的定量影响,并验证前期基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算方法的科学合理性,对11根玄武岩FRP筋混凝土短梁开展了剪切破坏试验,试验梁最大梁高为1.2 m.试验结果表明,梁高、剪跨比、水平腹筋率、竖向腹筋率均对FRP筋混凝土短梁的抗剪承载力有显著影响.当梁高由300 mm增大到1200 mm,试验梁的无量纲极限抗剪强度下降46.7%.当水平腹筋率由0增大至1.0%,试验梁的无量纲极限抗剪强度提高40.5%.基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算式可以合理反映梁高、剪跨比、水平腹筋率等因素的影响规律,计算结果与本试验结果及搜集试验数据均吻合良好.

纤维增强复合材料筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算

为评估和校准现行规范中纤维增强复合材料(fiberreinforced polymer, FRP)筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算公式,系统收集了国内外FRP筋混凝土(FRP-RC)受弯构件裂缝宽度试验数据。基于若干筛选原则,建立了包含111根FRP-RC受弯构件的数据库。通过对比最大裂缝宽度试验值和计算值,评估了国内外3部常用规范的适用性。结果表明,规范GB 50608—2010严重低估了裂缝宽度,尤其低估了GFRP-RC和BFRP-RC构件的裂缝宽度;相比之下,规范CJJ/T 280—2018能较准确地预测裂缝宽度,而规范ACI440.1R-15高估了裂缝宽度。基于该数据库,通过引入弹性模量比Ef/Es修正了规范GB 50608—2010中的裂缝间纵向受拉筋应变不均匀系数ψ,并分别校准了3部设计规范中的FRP筋表面形态黏结特性系数。

增强筋与混凝土粘结性能的研究进展

对钢筋、纤维增强材料(FRP)筋与混凝土的粘结机理、受力过程、影响因素、粘结强度、粘结长度和本构关系等性能的国内外研究现状进行介绍。基于此,提出了钢筋、FRP筋与混凝土粘结的研究思路。

变形增强筋与混凝土黏结应力本构关系及分布的研究

在混凝土结构构件中,与混凝土协同工作、提高其承载能力的筋材统称为增强筋。通过对增强筋与混凝土黏结的宏观、微观分析,建立了增强筋与混凝土黏结的本构关系模型。同时基于理论研究和有限元分析,得到增强筋与混凝土黏结-滑移关系及黏结应力分布。研究结果表明,理论分析与试验结果吻合较好。

BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的抗冲击性能

为研究玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋增强海水海砂混凝土(seawater sea-sand concrete,SSC)梁的抗冲击性能,利用落锤冲击装置研究了不同冲击能量(1818 J,2727 J,3636 J,4848 J)作用下,不同混凝土强度(30 MPa,50 MPa)和配筋率(0.23%,0.48%)的BSFP-SSC梁冲击响应,并测试了冲击后梁的残余承载力。结果表明,随着冲击能量的增加,BFRP-SSC梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏,梁的残余承载力系数逐渐降低。提高配筋率或海水海砂混凝土强度,均可有效降低梁的最大跨中位移,提升初始峰值冲击力和抗冲击性能。该研究可为BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的抗冲击设计提供重要依据。