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。

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。

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。

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。

高性能纤维增强混凝土与筋材复合体系拉伸性能研究

超高性能混凝土(UHPC)具有优异的抗压强度,而超高延性水泥基复合材料(ECC)具有优良的拉伸应变强化能力,二者均属于高性能纤维增强基材。纤维增强复合材料筋(FRP bar)具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性能好的优点。高性能基体与高强度筋材的结合使用,有望解决传统钢筋混凝土结构的耐久性问题,同时保证结构体系的承载能力。选取力学性能不同的3种基体(普通混凝土、ECC和UHPC)与2种筋材(钢筋、BFRP筋),在其材料性能试验基础上,对其组成的6种配筋复合体系进行了轴拉试验。试验结果表明,复合材料的拉伸性能受多种因素的影响。高性能基材可以有效地提升构件强度,但复合体系的变形能力由基材与筋材中应变能力较弱的一方决定;高性能基材所提供的抗拉贡献和应变软化会导致复合体系提前进入破坏状态,反而降低了体系的延性(拉伸变形能力)。初步证明,基于高性能材料的结构构件设计必须综合考虑材料各自的力学性能和材料间相互作用造成的综合影响。

碳纤维增强复合材料筋海洋环境耐久性能研究进展

碳纤维增强复合材料(CFRP)筋作为新型结构工程材料,具有轻质、高强、耐腐蚀等优异性能,可有效替代钢筋,在海洋等腐蚀环境应用前景广阔。介绍了现阶段国内外围绕CFRP材料海洋环境耐久性的研究进展,详细整理分析了CFRP筋耐久性影响机理、耐久性预测模型、CFRP筋混凝土结构耐久性评价等方面可借鉴研究成果,对CFRP筋海洋环境的深入研究发展提出了建议。

改进型碳纤维增强复合材料筋复合式锚具的锚固性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋锚具的结构形式及主要设计参数对锚固性能的影响,设计2个复合式锚具及3个改进型复合式锚具,并进行静载拉伸试验;通过对比分析不同锚具的极限荷载、金属筒测点应变以及锚具最后整体破坏形式,研究改进型CFRP筋复合式锚具的锚固性能。结果表明:在不施加预紧力前提下,改进型复合式锚具螺母纵向紧固力可以有效避免夹片滑移,黏结材料种类对锚固过程稳定性有一定影响,但并不影响最终锚固效果,筋材表面形式对锚具锚固性能影响较大;当金属筒厚度为3mm、黏结长度为250mm、夹片长度为100mm时,带肋CFRP筋为中间炸裂式破坏,充分发挥了CFRP筋的抗拉特性,表明改进型CFRP筋复合式锚有良好的锚固性能。

纤维增强复合材料(FRP)筋在土木工程中的应用

纤维增强复合材料(FRP)筋材在土木工程中已经有了较多的应用,本文详细分析了FRP筋材在土木工程中的各个方面的应用,指出了FRP筋材与钢材相比存在的优点以及不足,提出了FRP筋材以后的发展方向。

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。

海水环境下GFRP筋与低碱混凝土界面黏结性能研究

针对GFRP筋在低碱耐腐蚀水泥基体环境下界面黏结性能的时变规律进行研究,采用中心拉拔试验方法测定了GFRP筋-矿渣硫铝酸盐水泥(G·SAC)混凝土、GFRP筋-硅酸盐水泥(OPC)混凝土在淡水和人工海水环境下养护30 d、90 d和180 d的界面黏结强度,并利用扫描电子显微镜(SEM)及pH计分析了孔溶液浸泡后GFRP筋微观结构的劣化过程及水泥基体孔溶液pH值的变化规律。结果表明:在淡水环境下,GFRP筋-G·SAC混凝土界面黏结强度随养护时间的增加而提高,但GFRP筋-OPC混凝土的黏结强度逐渐降低;在海水环境下,G·SAC基体碱度进一步降低,且海水对其强度发展有促进作用,GFRP筋-G·SAC混凝土在海水中的黏结强度较淡水增长较快。

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。

CFRP筋复合型锚具锚固性能研究

为解决碳纤维增强复合材料(CFRP)筋的锚固问题,研制了由粘结材料、金属筒、夹片和锚环组成的CFRP筋复合型锚具,并进行了夹片长度、金属筒长度、夹片夹持位置以及粘结材料对CFRP筋复合型锚具的锚固性能影响试验。结果表明:粘结材料、金属筒长度和夹片夹持位置均对锚固性能有较大影响;夹片的夹持位置应避免在金属筒两端,且宜使金属筒受压区长度小于受拉区长度;Lica-B型粘结材料锚固性能优于Lica-A型粘结材料;复合型锚具各组件协同工作性能良好,夹片与金属筒间无滑移产生;参数合理的该类复合型锚具可有效锚固直径为8mm的CFRP筋。

内嵌钢丝GFRP-FBG智能复合筋的研制及其性能分析

目的研究一种新型玻璃纤维增强(GFRP)-光纤光栅(FBG)智能复合筋的制备方法及其力学和感知特性,为了改善FRP筋的弹性模量低,安全性能差的缺点.方法根据单向混杂纤维FRP筋制备原理,将多根细钢丝和光纤传感元件内嵌于GFRP筋中设计一种新型的内嵌钢丝GFRP智能复合筋结构,阐述其结构及制作工艺,并对其力学及感知特性进行了试验研究.结果给出了新型智能钢绞线的制备方法.通过试验确定新型智能筋的弹性模量与普通GFRP智能筋相比有所提高,内嵌2根、3根、4根钢丝的智能筋弹性模量分别提高了3.1%、5.8%、8.0%;应变感知线性相关系数为99.973%,内嵌2根、3根和4根钢丝的智能筋灵敏度系数分别为每应变1.12 pm、1.14 pm和1.18 pm.内嵌钢丝GFRP智能筋具有良好的力学特性,其弹性模量较普通GFRP复合筋有所提高;智能筋的应变和温度感知特性较好,应变感知灵敏度系数与GFRP智能筋相近,并与传统传感器监测结果相吻合.结论验证了该内嵌钢丝GFRP智能筋兼具受力与传感特性,适合于实际工程应用需要.

纤维增强复合材料筋混凝土梁柱外节点受剪性能研究

推广高耐久性的纤维增强复合材料(FRP)筋混凝土框架结构无法回避的一个技术难题是梁柱节点的受剪设计。采用能考虑FRP筋横观各向同性弹性材性和复杂应力状态的三维实体精细化有限元仿真分析方法,在试验校核的基础上,对FRP筋混凝土梁柱外节点的受剪性能进行了系统性研究。获得了包括FRP筋种类、核芯区配箍率、核芯区箍筋间距、梁纵筋配筋率、梁端配箍率以及梁端剪跨比在内的不同因素的影响规律。进而通过对不同工况节点受剪极限状态下FRP筋应力状态的分析,揭示了FRP筋的线弹性材性对节点受剪机制的有利作用,并明确了节点域FRP筋构造应考虑拉-剪复合作用的设计特点。

全FRP筋增强混凝土梁抗剪性能综述

钢筋锈蚀导致混凝土结构性能下降,使用寿命缩短。纤维增强复合(FRP)筋具有高抗拉强度和优异的耐腐蚀性能,在部分结构中可代替钢筋,以提升混凝土结构的耐久性。将FRP筋应用于混凝土结构中是未来发展的重要方向,但目前关于其抗剪性能及抗剪机理尚未阐述清楚。本文对国内外关于FRP筋混凝土梁的抗剪性能研究进行了总结与分析。

考虑二阶效应GFRP筋-钢筋混合配筋柱承载力计算方法

GFRP筋-钢筋混合配筋柱在土木工程中得到大量应用,进行GFRP筋-钢筋混合配筋混凝土柱偏心受压试验研究,分析配筋面积比、偏心距、混凝土强度以及混凝土保护层厚度等参数对承载力的影响.试件的破坏形式以受压区混凝土压碎破坏为主,受压区GFRP筋鼓曲破坏晚于混凝土破坏.GFRP筋-钢筋混合配筋柱承载力较高,大于GFRP筋混凝土柱.配筋面积比、偏心距、混凝土强度等因素对承载力影响较大,混凝土保护层厚度对承载力影响较小.由于GFRP筋弹性模量较小,使得结构的刚度降低,二阶变形增大,应考虑侧移产生的二次弯矩的影响,通过增大弯矩的方式进行偏压承载力计算.采用界限曲率理论的二阶效应计算方法,引进应变修正系数,基于试验数据得到混合配筋混凝土柱二阶效应弯矩增大系数计算方法.考虑二阶效应的混合配筋偏心受压混凝土柱的承载力的计算结果与试验结果吻合较好.研究结果为混合配筋混凝土柱的工程应用提供理论依据和参考.

BFRP筋增强珊瑚混凝土耐久性研究进展

随着远海工程建设对建筑原材料的需求量与日俱增,若由内陆向海岛运送原料,其运输费用高、时效性差等问题显而易见。对于岛礁工程建设而言,可就地取材,将珊瑚碎屑作为骨料并加入海水拌制成珊瑚混凝土,同时采用纤维增强复合材料筋(FRP筋)作为结构增强筋,可有效解决海洋环境下钢筋锈蚀等耐久性问题。玄武岩纤维增强复合材料筋(BFRP筋)的力学性能优越,但我国对BFRP筋的研发起步较晚,尚未有充分的理论经验,故应对BFRP筋增强珊瑚混凝土耐久性展开系统研究,以确保岛礁工程建设的安全性。基于现有试验研究进展,在分析BFRP筋、珊瑚混凝土材料基本力学性能的基础上,对BFRP筋的耐久性、珊瑚混凝土的耐久性、BFRP筋-珊瑚混凝土界面粘结耐久性,以及BFRP筋增强珊瑚混凝土结构耐久性进行系统地概述与总结,并对BFRP筋增强珊瑚混凝土耐久性的后续研究进行展望。

混凝土环境中GFRP筋性能衰退的规律及机理

为了探究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋在模拟和真实混凝土环境中性能衰退的规律及机理,设置了碱溶液(AS)和混凝土包裹GFRP筋后置于自来水中(CS)2种侵蚀环境,采用短梁剪切法分析了GFRP筋力学性能的衰退规律,并借助扫描电子显微镜、差示扫描量热法分析了GFRP筋的微观结构和玻璃化转变温度(T_(g)).结果表明:随着温度的升高,GFRP筋层间剪切强度衰退的速率加快;GFRP筋在60℃的AS中老化183 d后层间剪切强度保留了48.6%,T_(g)降低了9.2%,部分纤维与树脂脱黏,树脂出现孔洞;相同条件下CS中GFRP筋的层间剪切强度保留了61.4%,T_(g)降低了3.4%,纤维产生浅坑.基于Arrhenius方程建立了北京地区GFRP筋的性能预测模型.

BFRP筋碱激发混凝土粘结性能试验研究与数值模拟

玄武岩纤维增强复合筋(BFRP筋)碱激发混凝土为海洋环境下混凝土的耐久性提供安全保障。在其中心拉拔试验的基础上,采用分离式模型,运用ABAQUS有限元软件进行粘结滑移性能数值模拟与分析。通过试验数据,得出适用于BFRP筋碱激发混凝土的粘结滑移本构模型以及碱激发混凝土的塑性损伤模型,构建了基于非线性弹簧单元的数值模型,试验结果与计算结果吻合程度较好,验证了模型的准确性。试验与模拟结果表明:粘结长度为2.5 d、5 d(d为BFRP筋直径)的试件均发生筋材拔出破坏,粘结长度为10 d的试件均发生劈裂破坏;BFRP筋与碱激发混凝土之间的粘结应力分布并不均匀,随着粘结长度和筋材直径的增大,极限粘结强度逐渐减小;当BFRP筋直径d=12 mm,粘结长度为2.5 d、5 d和10 d的碱激发混凝土试块极限粘结强度分别为13.92 MPa、13.56 MPa和12.60 MPa,较相同粘结长度的普通混凝土试件,其极限粘结强度分别提高6.58%、10.97%和9.76%。

FRP筋混凝土梁的抗剪承载力

利用《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010)建议的纤维增强复合(fiber-reinforced polymer,FRP)筋混凝土梁受剪承载力计算公式,分析了收集到的171根FRP筋试验梁(包括无箍筋梁和配FRP箍筋梁)的抗剪承载力.对比了各梁抗剪承载力的计算值与试验值发现,《规范》推荐的方法过于保守.为此,采用灰度关联法分析了影响FRP筋试验梁受剪承载力的主要因素.结果表明,截面有效高度对受剪承载力影响最大,其次分别为纵筋配筋率、混凝土抗压强度和剪跨比.据此分析了《规范》公式存在对截面有效高度估计不足、未考虑剪跨比影响等缺陷,并在此基础上对《规范》公式进行了相应修正.利用上述171根梁的试验数据验证了修正后的抗剪承载力计算公式的合理性.结果表明:对于无箍筋梁,修正前后试验值与理论值之比的均值由4.78变为1.49;而配FRP箍筋梁的均值则由2.18变为1.40.