钢-玄武岩纤维复合筋混凝土梁受弯试验研究

为了解钢-玄武岩纤维复合筋(SBFCBs)混凝土梁的受弯性能,设计3组不同配筋率的SBFCBs混凝土梁和1组钢筋混凝土梁进行受弯试验,分析加载过程中SBFCBs混凝土梁的极限承载力、破坏形态、裂缝发展与分布、筋材应变、混凝土应变等梁的力学性能,并与钢筋混凝土梁试验结果进行对比。结果表明:钢筋外包玄武岩纤维可以显著提高梁体的极限承载力,玄武岩纤维含量比越大,SBFCBs混凝土梁的极限承载力越大;SBFCBs混凝土梁发生破坏之前产生明显的弯曲变形,梁的破坏形式趋于延性破坏;SBFCBs混凝土梁与普通钢筋混凝土梁相比,受弯后裂缝条数增多,裂缝间距较小,说明SBFCBs与混凝土粘结性能良好;SBFCBs混凝土梁的屈服应变约2000με,当内芯钢筋屈服后,复合筋外包玄武岩纤维可继续承担荷载;SBFCBs混凝土梁沿截面高度的平均应变符合平截面假定;SBFCBs混凝土梁的荷载~挠度曲线可分为三阶段,当复合筋内芯钢筋屈服后梁体具有明显的二次刚度。

基于竹纤维和钢丝网增强的玄武岩筋混凝土梁抗弯延性试验研究

为研究竹纤维和钢丝网对玄武岩纤维筋混凝土梁抗弯延性的影响,该研究以竹纤维长度(0 mm、30 mm、45 mm)及钢丝网布置范围(无、1/2最大弯矩点间布置、全梁段布置)为变量,对7根基于竹纤维和钢丝网增强的玄武岩纤维筋混凝土梁进行了弯曲破坏试验,对其初裂荷载、裂缝开展、极限荷载、变形情况等进行了检测.通过试验数据分析了纤维长度和钢丝网布置范围对试件抗裂、抗变形性能的影响;借助函数模型得到7根试验梁的等效屈服点,计算出了试件的延性系数.结果表明竹纤维和钢丝网的掺入使玄武岩纤维筋混凝土梁的开裂荷载提高了12%~68%,减小了裂缝分布间距及长度发展速度,同等荷载下试验梁的变形减小,延性系数增大了1.58%~31.75%.

玄武岩复合筋混凝土简支梁的受力性能分析

通过同条件下普通钢筋混凝土适筋梁与玄武岩复合筋混凝土梁的三分点静力加载试验分析,并对比分析梁正截面上的跨中位移、支座位移、裂缝条数及最大裂缝宽度等数据进行整理和分析,得到两者破坏形态、承载能力、弯矩-曲率关系、裂缝开展及挠度等指标的不同点,为玄武岩纤维复合筋替代钢筋受力的可能性分析提供了参考。

FRP筋混凝土梁抗剪性能研究综述

作为一种新兴的高性能材料,纤维增强复合材料(FRP)筋由于高强、耐腐蚀等优点,已经成为传统建筑材料的重要补充,正逐步应用于土木工程领域。因此,FRP筋与混凝土相结合将是未来土木工程领域的热点问题,但是目前对FRP筋混凝土梁的抗剪机理并没有统一的理论,这大大限制了FRP筋在实际工程领域的应用和推广。本文通过对国内外相关研究成果及规范的追溯,从试验研究、数值模拟和理论分析三方面梳理了FRP筋混凝土梁抗剪性能的研究成果,总结了不同研究对象、研究方法下得到的抗剪承载力计算公式,以期为今后FRP筋混凝土梁抗剪的研究与设计提供参考和建议。

BFRP筋和钢筋组合配筋混凝土梁受剪性能

由于纤维增强复合材料(FRP)筋优异的耐腐蚀性,使用其代替钢筋对混凝土进行补强可以从根本上解决由于钢筋锈蚀引起的耐久性问题,但目前在FRP筋混凝土构件或结构的力学性能评价上尚存在诸多亟待解决的课题。本文通过采用玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和钢筋组合配筋的形式对补强筋的弹性模量和配筋率对混凝土梁受剪性能的影响开展试验研究,并基于试验结果对FRP筋混凝土梁受剪承载力的各国规范评价公式的评价精度进行验证分析,为合理评价FRP筋混凝土结构力学性能积累基础研究数据,提供理论支撑。

玄武岩纤维筋混凝土梁非线性有限元分析

BFRP是一种性能优异的新型复合材料,为研究其在混凝土领域的应用,采用ANSYS软件分别对1个钢筋混凝土梁和3个玄武岩纤维筋混凝土梁进行非线性有限元分析,对它们的跨中挠度和裂缝发展情况进行对比。发现由于BFRP筋的高强度低弹性模量特性,致使玄武岩纤维筋混凝土梁的跨中挠度过大以及裂缝发展过快。而在考虑利用ANSYS强大的数值模拟功能,通过不断调整BFRP筋配筋量,最终达到用玄武岩纤维筋替代钢筋且不影响正常使用的目的。

GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁开裂性能试验

为了研究GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的开裂性能,设计了5根GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁试件,并对混凝土梁试件进行三分点静载试验研究,试验变量为混凝土梁截面尺寸和混凝土保护层厚度.在系统分析试验数据的基础上,提出GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁抗裂承载力与最大裂缝宽度的计算方法,并给出使用荷载作用下的裂缝宽度限值.

CFRP-PCPs复合筋混凝土梁延性分析

为了研究CFRP-PCPs复合筋的延性,根据CFRP-PCPs复合筋混凝土梁中各组成材料的力学性能,推出了CFRP-PCPs复合筋混凝土梁曲率延性系数的计算方法。通过5根CFRP-PCPs复合筋混凝土梁在低周反复荷载作用下的抗弯试验得出曲率延性系数计算公式,曲率延性系数计算值和实测值比值的平均值为0.97,计算误差在5%以内,结果显示有良好的适用性。试件PB3的延性系数7.46大于试件PB4的5.97和试件PB6的延性系数7.34表明,张拉控制应力的提高和加大CFRP-PCPs复合筋的截面尺寸对CFRP-PCPs复合筋混凝土梁的延性性能有不利影响。

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能研究

设计并制作了3根采用玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)增强的混凝土梁,并对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况以及极限荷载等。结果表明,受BFRP筋线弹性的材料性质、较低的弹性模量等因素的影响,BFRP筋混凝土梁的受弯工作具有以下特点:(1)构件均发生脆性破坏;(2)构件的开裂荷载和开裂前的挠度受BFRP筋配筋率的影响很小;(3)构件的极限荷载随BFRP筋配筋率的增加而增大;(4)构件的荷载-挠度曲线在混凝土开裂前后均为线性,其转折点对应构件开裂。

玄武岩FRP筋混凝土梁抗弯性能试验研究

通过6根玄武岩FRP筋混凝土梁与6根钢筋混凝土梁静力加载对比试验,研究不同纵筋配筋率的玄武岩FRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的受力性能,分析其承载力变化过程、破坏形态、挠度变形与裂缝发展情况。试验结果表明,玄武岩FRP筋混凝土梁载荷–挠度曲线近似为直线,但仍然具有较好的延性;开裂载荷与极限载荷相比钢筋混凝土梁略低;裂缝宽度在2.5 mm以内,且分布对称均匀,裂缝间距略大于钢筋混凝土梁;玄武岩FRP筋混凝土梁产生的挠度较大,应提高玄武岩FRP筋与混凝土之间的粘结性能,最大限度发挥玄武岩FRP筋抗拉强度高的特点。

FRP-OFBG智能复合筋及其在加筋混凝土梁中的应用

结合纤维增强聚合物(FRP)的强度特性和光纤光栅(OFBG)的感知特性,研制开发出了FRP-OFBG智能复合筋,研究了它的力学、微观结构、感知等特性.通过FRP-OFBG加筋混凝土梁静载试验,监测了FRP筋的应变和混凝土开裂,研究了FRP筋与混凝土的滑移和混凝土梁的应变分布.结果表明,FRP-OFBG智能复合筋克服了光纤光栅在混凝土中埋设的工艺难题,是集感知和受力、功能材料和结构材料于一体的新型土木工程材料,既可以方便地作为混凝土结构的内部传感元件,也可以作为结构受力筋,具有很好的应用前景.

复合内嵌筋材加固混凝土梁破坏模式分析

对螺旋肋钢筋施加预应力,将其与碳纤维筋组合后,以不同的方式嵌入到混凝土梁受拉区混凝土保护层中,对混凝土梁进行加固,能显著提高混凝土梁的承载能力。在对承载能力试验结果做简单阐述的前提下,针对加固梁中多材料、多界面存在的客观现实,全面系统地分析了加固梁可能存在的破坏模式,且与试验梁的破坏模式进行对比,对不同加固方式加固的试验梁的破坏模式及破坏机理进行了分析。分析表明,多界面的存在严重影响了加固梁的承载力;不同的破坏界面,应对加固材料断面总内力采取不同的取值,在试验中应特别注意破坏界面的判别,否则计算结果会产生很大误差。

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯破坏形态有限元分析

设计并制作了3根新型的玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)增强混凝土梁,并对其进行三分点加载试验和有限元分析。结果表明,BFRP筋混凝土梁的受弯破坏形态不同于传统的钢筋混凝土梁,其破坏截面均位于加载点附近。梁内的销栓作用对BFRP筋的受力非常不利;较大的裂缝宽度不仅会影响到BFRP筋混凝土梁的正常使用,还会影响到梁的受弯破坏形态;BFRP筋突出的表面变形特征、较低的横向抗剪强度和弹性模量等对上述破坏形态的发生有着重要影响;加载点处BFRP筋混凝土较为严重的局部黏结破坏、较大的销栓作用、应力集中效应和较大的裂缝宽度等使BFRP筋处于复杂的不利受力状态,这是造成上述破坏形态的主要原因。

钢-玄武岩纤维复合筋混凝土框架结构非线性地震反应分析

钢-纤维复合筋是一种耐腐蚀、具有稳定二次刚度等特性的新型结构材料。开展了钢-玄武岩纤维复合筋混凝土框架结构的非线性地震反应研究工作,由复合筋的应力-应变本构关系出发,利用修正Gauss-Radau积分法推导了杆件单元柔度矩阵,并用于框架结构非线性时程响应分析。参考现行规范设计了一个8度区的普通钢筋混凝土多层框架结构和一个对比钢-玄武岩纤维复合筋混凝土框架结构,比较了两个结构在相同地震输入下结构自振周期变化率、非线性时程响应和杆端出铰时间和位置等抗震性能指标。结果表明:在多遇和罕遇地震动输入下,配置钢-玄武岩纤维复合筋混凝土框架结构的最大弹塑性位移与层间转角等指标比普通钢筋的框架结构有所减小;在罕遇水准的地面运动输入下结构自振周期变化率小于RC框架结构,结构刚度退化和损伤程度更小;杆端出铰时间相对更晚、数量更少且更易形成梁铰塑性耗能机制。钢-玄武岩纤维复合筋可充分利用材料的强度,通过合理配置钢筋与玄武岩纤维的比例能够有效控制框架结构的塑性变形、减小结构残余位移,从而减小重力二阶效应对柱的不利影响,改善结构在大震下的性能,确保大震不倒的安全性能目标。

钢-连续纤维复合筋(SFCB)嵌入式加固混凝土梁试验研究

通过1根对比梁、4根钢-连续纤维复合筋(SFCB)及1根CFRP筋嵌入式加固钢筋混凝土梁的抗弯试验,从各阶段荷载、截面刚度、延性、裂缝情况等方面对其抗弯加固性能进行了全面的比较分析。试验证明,嵌入SFCB抗弯加固能同时显著提高受弯构件正常使用阶段的刚度和极限阶段的承载力,在具有CFRP筋材理想耐腐蚀性能的同时,而成本却远低于目前所用的CFRP筋,是一种高性能低成本的高效加固方式。

局部配CFRP-PCPs复合筋混凝土梁受力性能试验

针对局部(跨中受拉区2m范围内)配碳纤维增强塑料预应力混凝土棱柱体(CFRP-PCPs)复合筋的钢筋混凝土梁进行受力性能试验。分析了局部配CFRP-PCPs复合筋梁的受力过程、破坏模式,对试验数据进行了整理和归纳分析,探讨了不同复合筋数量和截面大小、CFRP筋预应力大小对局部配CFRPPCPs梁的抗弯性能的影响。研究表明:局部配CFRP-PCPs复合筋梁表现出良好的受力性能;局部配置时,CFRP-PCPs复合筋的性能都能发挥良好。

低周反复荷载作用下CFRP-PCPs复合筋混凝土梁挠度和延性试验研究

基于5根不同张拉控制应力和不同截面面积的CFRP-PCPs复合筋的混凝土梁在低周反复荷载下的试验,对CFRP-PCPs复合筋混凝土梁挠度进行研究,根据试验结果,提出了CFRP-PCPs复合筋混凝土梁挠度计算方法,对比表明试验结果与计算值吻合较好。试验表明,CFRP-PCPs复合筋混凝土梁相比于预应力CFRP筋混凝土梁,有效改善了构件的受力性能和变形能力。

CFRP-PCPs复合筋侧向嵌贴混凝土梁的抗弯加固试验研究

通过8根碳纤维-预应力混凝土棱柱体(CFRP-PCPs)复合筋嵌入式抗弯加固混凝土梁的试验研究,对CFRP-PCPs复合筋嵌贴加固混凝土梁的抗弯性能进行分析,试验结果表明:CFRP-PCPs复合筋嵌贴加固混凝土梁的抗弯强度有所提高。

复合内嵌碳纤维筋预应力螺旋肋钢筋加固混凝土梁承载力分析

用碳纤维筋和预应力螺旋肋钢筋共同嵌入到混凝土梁受拉区保护层中对混凝土梁进行加固,能更有效地改善混凝土梁的受力性能。为更有效地分析复合内嵌碳纤维筋预应力螺旋肋钢筋加固混凝土梁的破坏形态、极限状态及正截面承载力,通过对预应力状态下梁各阶段受力情况分析、承载力计算及界限状态的判别,提出了加固混凝土梁对应不同破坏形态下承载力的计算公式。为验证所得分析结论的合理性和可靠性及计算公式的准确性,对7根碳纤维筋预应力螺旋肋钢筋加固的混凝土梁进行弯曲试验,结果表明,被加固梁的破坏形态、极限状态分析是合理的,所提出的计算公式能准确计算加固梁抗弯承载能力。

混凝土梁侧嵌贴CFRP-PCPs复合筋抗剪加固性能的试验研究

针对混凝土结构容易发生脆性剪切破坏这一特点,通过对8根CFRP-PCPs复合筋嵌贴加固的钢筋混凝土梁的抗剪试验,主要研究CFRP-PCPs复合筋棱柱体对钢筋混凝土梁的抗剪作用和影响,考查了嵌贴加固间距、嵌贴加固方向、复合筋张拉控制应力以及不同复合筋材质对嵌贴加固效果的影响。试验结果表明,CFRP-PCPs复合筋棱柱体对钢筋混凝土梁的抗剪性能有明显的提高。