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.

FRP筋-钢筋混合配筋的超高性能混凝土梁受弯有限元分析

研究配筋率、混合配筋等效配筋率、FRP筋面积比、UHPC抗拉强度、钢筋配置形式对UHPC梁受弯性能的影响。分析各参数对UHPC梁屈服荷载、峰值荷载、挠度及破坏形式的影响。结果表明:随着配筋率的增加,纯钢筋UHPC梁刚度、屈服荷载、峰值荷载及对应的挠度均得到不同程度提高;UHPC混合配筋梁随FRP筋面积比的增大,峰值荷载及峰值荷载挠度增大,UHPC混合配筋梁的抗变形能力变差;随UHPC抗拉强度的提升,UHPC梁的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载增大,对应的挠度减小;采用双层布置的UHPC混合配筋梁比单层布置梁屈服荷载、峰值荷载小。本文为FRP-钢筋混合配筋UHPC结构的工程应用提供参考。

基于试验数据分析的FRP筋混凝土梁抗弯承载力预测方法

新型纤维增强复合材料(FRP)被视为一种可取代钢筋的理想增强材料,在岛礁及近海工程中得到广泛应用。参照相关规范的参数规定及基本假定,对国内外89根FRP筋混凝土梁的试验数据进行统计分析,引入无量纲化参数μp,建立了一种基于试验数据分析的抗弯承载力预测方法,并与我国现行规范中的计算方法进行对比分析,验证了本文提出预测方法的可靠性和预测精度。结果表明:基于试验数据分析的FRP筋混凝土梁抗弯承载力预测结果与试验结果吻合较好,M_(pre)/M_(exp)平均比值为0.96~1.03,为FRP筋混凝土梁极限承载力评估提供了一种新途径。

FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁受弯性能

根据FRP筋和钢筋的本构模型,提出了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁2种名义配筋率和3种破坏模式的概念,并给出了3种破坏模式的判别条件.利用正截面受弯承载力计算基本假定和截面受力平衡条件,推导了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土适筋梁正截面受弯承载力建议计算公式.设计制作了5根不同FRP筋和钢筋配筋面积比的混合配筋混凝土梁进行静力抗弯试验,并结合相关试验数据分析表明,适筋梁正截面受弯承载力建议公式计算值与试验实测值吻合较好,可供工程设计参考;建议在对承载能力要求较高而挠度控制较低的情况下使用混合配筋混凝土梁以充分利用材料的强度;合理控制混合配筋梁的配筋率及FRP筋和钢筋的配筋面积比,其延性性能满足设计要求.

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。

全FRP筋混凝土梁斜截面承载力研究进展

纤维增强复合材料(FRP)作为混凝土结构的新型高性能增强材料,受到了国内外土木工程界的广泛关注。全FRP筋混凝土梁斜截面受剪承载力的计算需要考虑FRP纵筋和FRP箍筋的特殊影响。在大量试验研究的基础上,各国规范均提出了全FRP筋混凝土梁斜截面承载力的计算公式,其中包括中国规范(GB 50608—2010)、日本规范(JSCE 1997)、英国规范(BISE 1999)、意大利规范(CNR-DT 203/2006)、美国规范(ACI 440.1R-06)、加拿大规范(CSA.S 806-12)。用这6种规范所提供的计算模型分别计算33根试验梁的斜截面承载力,并与试验结果作对比,以此评价这些方法的可靠性。

FRP筋混凝土梁抗剪性能的研究进展

与普通钢筋相比,FRP筋具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、重量轻、弹模低等优点,较适用于特殊环境下的混凝土结构。但是FRP筋的横向强度很低,因此,关于FRP筋混凝土结构的抗剪性能是国内外工程领域非常关注的一个问题。本文分别介绍了国内外关于非预应力和预应力FRP筋混凝土结构抗剪性能研究的主要成果,并对今后拟开展的研究工作提出了建议。

预应力FRP筋混凝土梁的抗震性能试验研究

进行了8根混凝土梁在低周反复荷载下的拟静力试验,对其受力过程、破坏特征、滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行分析比较,研究不同预应力筋种类和预应力度(PPR)对预应力梁抗震性能的影响。考虑材料的非线性,对试验梁进行有限元计算分析。有限元计算和试验结果表明,预应力度是影响预应力梁抗震性能的主要因素,抗震性能随着预应力度的增加而逐渐降低;在同等预应力度的条件下,无粘结预应力FRP筋混凝土梁的耗能能力最好;采用有粘结和无粘结预应力相结合后,试验梁的延性指标有所提高,延性比有粘结和无粘结预应力梁分别提高12%和26%,滞回曲线变得更加丰满,对结构抗震性能有利;有限元计算结果与试验结果较为吻合。

FRP筋混凝土梁的挠度计算方法

在考虑不同的裂缝发展情况下曲率沿梁长度方向实际变化的基础上,提出采用"力矩面积法"计算FRP筋混凝土梁的挠度,给出了力矩面积第一定理及力矩面积第二定理的定义,绘制了荷载～挠度曲线。该方法克服了积分法与叠加法的不足,具有概念清楚、计算简单的特点。进行了6根GFRP筋混凝土简支梁的单调试验,将试验结果与计算结果进行对比,表明极限挠度值的计算结果与试验结果最大误差在10%以内,吻合良好。

FRP筋混凝土梁裂缝控制验算方法的研究

在试验及国外有关成果的基础上,提出了FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度计算公式;给出了能够用于工程实际的FRP筋混凝土梁最大裂缝宽度限值及使用荷载作用下FRP筋的允许应变限值的取值建议;指出在进行FRP筋混凝土梁截面的配筋设计时,很多情况下起控制作用的将是裂缝宽度的允许值而不是其极限强度。

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.

FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承载力的性能研究

利用FRP筋混凝土梁截面的平衡条件和变形协调条件,给出梁的平衡配筋率;分析FRP筋混凝土梁三种破坏模式,即受压破坏、受拉破坏和平衡破坏的特性;研究FRP筋混凝土梁配筋率对其正截面极限抗弯承载力的影响,并给出其影响系数。研究表明:配筋率在一定范围内,抗弯承载力随着配筋率的增大而增大;根据配筋率的不同,探讨FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承载力的计算方法,建立与之相应的计算公式,并将计算结果与国内外文献中的部分试验结果相比较,且两者吻合较好。

BFRP筋纤维混凝土梁抗弯试验

针对传统BFRP筋梁挠度、裂缝较大的特点,提出在BFRP筋梁中掺入短切玄武岩纤维,并完成了3种纤维体积掺量和3种配筋率下的BFRP筋纤维混凝土梁的抗弯试验。在BFRP筋梁中掺入短切玄武岩纤维,可提高梁的开裂荷载,当纤维体积掺量为0.4%时,其开裂荷载提高了60%;掺入短切玄武岩纤维对梁的极限承载力影响不大,极限承载力只随配筋率的增大而增大;掺入短切玄武岩纤维不能有效改善BFRP筋梁的挠度。

FRP筋混凝土梁裂缝宽度的计算方法

本文在本课题组和国外FRP筋混凝土梁试验结果的基础上,对我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)和《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)中纵向钢筋相对粘结特性系数、钢筋混凝土梁裂缝截面内力臂长度系数以及考虑钢筋表面形状的系数进行修正,提出FRP筋混凝土梁最大裂缝宽度设计建议。与ACI440.1R-06相比,采用本文建议公式的最大裂缝宽度计算值与试验值更为吻合。

FRP筋混凝土梁变形计算与控制研究

由于FRP筋特殊的材料性能,导致其混凝土梁的挠度较大。在国外有关成果的基础上,给出了FRP筋混凝土梁的挠度计算建议方法及“有效惯性矩”的表达式,同时提出了设计时不需进行挠度验算的最大跨高比限值的计算公式及相应的基于挠度控制的承载力设计方法,对工程应用有着实际的指导作用。

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。

预应力FRP筋混凝土梁受弯性能试验研究

对5根以FRP筋为有粘结预应力筋、以普通钢筋为非预应力筋的预应力混凝土梁受弯性能进行试验研究。根据试验结果对预应力FRP筋混凝土梁受力过程、破坏模式及裂缝情况进行了较为详细的研究。测定了梁的极限承载力、变形发展及裂缝分布等情况。试验研究结果表明:与预应钢绞线混凝土梁相比,预应力CFRP筋混凝土梁具有很好的变形能力而极限承载力相差不多,但是预应力AFRP筋混凝土梁承载力较低。通过计算得到的极限承载力、挠度与试验结果吻合较好。

FRP加筋混凝土梁受弯性能有限元分析

建立了FRP加筋混凝土梁的有限元模型,对GFRP和CFRP加筋混凝土梁受弯性能进行非线性有限元分析,GFRP和CFRP加筋混凝土梁的开裂荷载计算值比试验值分别低15.4%和4.2%;极限荷载计算值比试验值分别高12.7%和4.0%;最大变形计算值比试验值分别高4.0%和低19.2%。荷载-变形计算曲线和试验曲线吻合较好,并能模拟混凝土受压裂缝出现后的延性性能。

预应力FRP筋混凝土梁的非线性有限元分析

FRP作为一种新型高性能的结构材料,具有轻质、高强和抗腐蚀等特点,在土木工程中是一种具有发展前景的新型预应力筋用材。本文详细介绍了有限元软件ANSYS对预应力FRP筋混凝土梁的建模过程,并且将分析结果与体内有粘结和体内无粘结预应力FRP筋混凝土试验梁的试验结果进行了比较,验证了模型的可靠性。