长期腐蚀环境影响下GFRP筋混凝土构件的老化机理及抗弯性能研究

为了研究长期腐蚀环境影响下GFRP筋混凝土构件的老化机理以及抗弯性能,分别分析了水分、温度、碱性环境等因素对GFRP筋抗拉强度、有效受拉面积和粘结强度等性能方面的影响。基于GFRP筋材料老化后与混凝土协同工作关系的变化,通过构造新的几何条件,推导了老化GFRP筋正截面抗弯承载力计算公式,利用推导的公式分析了不同GFRP筋老化率对构件承载力的影响。研究表明:GFRP筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,GFRP筋不断老化,其抗拉强度、有效受拉面积以及粘结性能都有不同程度的降低;随着GFRP筋材料老化率的不断增加,构件抗弯承载力损失率也不断增加,当老化率达到27%时,构件抗弯承载力也相应损失了25.97%。

GFRP筋再生混凝土梁受弯承载力研究

为研究GFRP筋再生混凝土梁(GFRP-RAC)的受弯承载力,完成了5根配GFRP筋、1根配BFRP筋和1根配钢筋的再生混凝土梁抗弯试验,分析了不同再生骨料取代率、纵筋类型以及纵筋配筋率等因素对各试验梁开裂荷载和极限承载力的影响。结果表明:再生骨料取代率对开裂荷载的影响较大,而纵筋类型及纵筋配筋率对其影响不明显;当再生骨料取代率由0增加至50%和100%时,试验梁开裂荷载分别减小了7.9%和17.3%;极限承载力受再生骨料取代率影响较小而受纵筋配筋率影响较大,当GFRP-RAC梁纵筋配筋率由0.38%提高至0.6%和1.17%时,极限荷载分别提升了17.9%和52.5%。另外,结合国内外规范对GFRP-RAC梁的受弯承载力进行对比分析,并基于试验数据和相关试验结果的回归分析,得到开裂荷载修正系数αcr,开裂荷载修正后的计算值与试验值吻合较好。

含钢率对GFRP管-钢骨混凝土组合构件抗冲击性能的影响

为了研究含钢率对GFRP(glass fiber reinforced polymer)管-钢骨混凝土组合构件抗冲击性能的影响,建立15个组合构件的数值模型,在验证模型正确的基础上,通过分析典型构件的冲击全过程、截面弯矩发展以及破坏时应变分布规律,研究构件在侧向冲击荷载作用下的破坏模式;通过分析构件冲击力时程曲线、侧移时程曲线以及能量变化情况,探究含钢率对不同长细比构件抗冲击性能的影响。结果表明:与未配置钢骨的构件相比,GFRP管-钢骨混凝土构件的抗冲击承载力提高了7%~134%,侧向位移减小了13%~68%。在侧向冲击荷载作用下,构件的破坏模式以弯曲破坏为主,同时伴随着GFRP管和混凝土冲击区域的局部破坏,抗弯刚度是影响构件抗冲击性能的主要因素之一。构件的抗冲击承载力随着含钢率的增高而提高,随着构件长细比的增大而降低。含钢率相差1.5%时,截面惯性矩较大的窄翼缘型钢对构件的抗冲击性能更有利。对于长细比大于20的构件,钢骨耗能是组合构件总能耗的主要组成部分。

GFRP筋混杂纤维混凝土隧道管片力学性能研究

为研究GFRP筋混杂纤维混凝土隧道管片的力学性能,进行了三个不同GFRP筋配筋率的钢-聚丙烯纤维混凝土管片静力受弯试验,获得了试件的破坏形态、承载力及裂缝扩展模式。考虑GFRP筋与混杂纤维混凝土的界面黏结,采用ABAQUS建立了GFRP筋混杂纤维混凝土管片的有限元模型,分析了不同混杂纤维掺量和配筋率对管片受弯承载力的影响。研究结果表明:GFRP筋混杂纤维混凝土管片的破坏主要是由跨中主裂缝贯穿和GFRP筋材断裂导致;在纤维体积掺量不变的情况下,提高纵向受拉GFRP筋的配筋率,可以有效提高管片的受弯承载力;在数值计算中,考虑GFRP筋与混杂纤维混凝土的界面黏结滑移的有限元模型能更准确地模拟试件的开裂荷载、极限荷载和弯曲刚度;在承载力不变的情况下,增加混杂纤维的体积分数能有效减少管片的配筋率,并且提高管片的抗变形能力;通过回归分析,提出了纤维掺量与配筋率关系的计算式,理论计算结果与数值结果符合较好。

持续荷载作用对GFRP筋-海工混凝土黏结性能的影响

为研究持续荷载作用下GFRP筋与海工混凝土间的黏结性能,设计制作了16个GFRP筋-海工混凝土梁式黏结性能试件,在不同持续荷载等级(0%P_(u),25%P_(u),45%P_(u),65%P_(u))作用下进行了为期120 d的持载试验。对持载过程中GFRP筋-海工混凝土间的瞬时滑移及时变滑移进行了测试分析,并建立不同持载等级作用下的GFRP筋-海工混凝土间时变滑移模型;对比分析了持续荷载作用下GFRP筋与混凝土和普通钢筋与混凝土间的滑移量大小及变化规律。试验结果表明:瞬时滑移量随着持载等级的提高而增大,加载端滑移量大于自由端滑移量;时变滑移量随时间呈非线性增长,前期增长较快,后期滑移量逐渐趋于稳定;两种筋材与混凝土间的时变滑移变化规律相似,但GFRP筋与混凝土间的滑移量要远大于普通钢筋与混凝土间的滑移量。

某高堆石坝混凝土面板结构中GFRP筋替代钢筋的可行性研究

为探究高面板堆石坝的面板结构中采用耐碱玻璃纤维筋(GFRP)替代钢筋的可行性问题,文章借助有限元软件针对面板变形、混凝土应力、以及筋材应力情况进行了三维静力分析。结果表明:静力状态下面板两种配筋方案坝体应力变形、面板混凝土应力变形大体一致,但在相同承载和配筋率条件下GFRP筋应力要比钢筋应力小得多,但两种方案筋应力均低于其材料允许强度。从静力特性来看,在该高堆石坝面板结构中采用GFRP筋替代钢筋的方案是可行的。

海洋环境GFRP筋海水海砂混凝土梁受力性能试验及承载力计算

为研究海洋环境玻璃纤维增强聚合物筋(Glass fiber reinforced polymer bars,GFRP筋)海水海砂混凝土梁的受力性能,以暴露环境、暴露龄期和海砂取代率为变化参数,设计七个试件进行单调静力加载试验,观察了其受力破坏过程及形态,获取了试件的荷载-挠度曲线,分析了各变化参数对此类构件极限承载力、初始刚度和延性系数的影响规律。结果表明:与常规大气环境相比,经盐雾环境暴露后试件极限承载力增大了28.0%,而经潮汐环境暴露后极限承载力降低了13.0%;270 d龄期内,随着潮汐暴露龄期的延长,试件的极限承载力先增大后减小,而初始刚度和延性系数均呈减小趋势;海砂取代率的增大不利于试件的极限承载力和初始刚度。最后,探讨了海洋环境暴露后GFRP筋海水海砂混凝土梁受弯承载力的计算方法。

GFRP筋嵌入式加固混凝土构件黏结破坏性能试验研究

嵌入式(NSM)加固法是FRP材料加固混凝土结构的一种新的应用形式。通过GFRP筋嵌入混凝土黏结试验,研究黏结长度和开槽尺寸对破坏形式和极限承载力的影响。极限承载力随黏结长度增加而增加,平均黏结强度随黏结长度增加而减少。当黏结长度较小时发生GFRP筋与树脂界面破坏和树脂周围混凝土劈裂破坏。当黏结长度较大时,沿GFRP筋轴向混凝土表面树脂发生劈裂破坏。极限承载力随着槽尺寸增加而增加。研究结果为确定嵌入式FRP筋锚固长度和制定相关规范提供试验依据。

长期腐蚀环境影响下GFRP-钢混合配筋混凝土构件的抗弯性能研究

为了研究长期腐蚀环境影响下GFRP-钢混合配筋混凝土构件的抗弯性能,分别研究水分、温度以及酸碱环境等多种因素长期作用下,GFRP筋与钢筋抗拉强度、有效受拉面积以及同混凝土黏结性能方面的变化。基于构件腐蚀后老化GFRP筋、锈蚀钢筋同混凝土协同工作关系发生的变化,通过构造新的几何条件,推导腐蚀GFRP-钢混合配筋混凝土构件正截面抗弯承载力的计算公式,利用推导的公式分析不同GFRP筋老化率及钢筋锈蚀率对构件抗弯承载力的影响。研究结果表明:GFRP-钢混合配筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,GFRP筋与钢筋在抗拉强度、有效受拉面积以及黏结性能方面都有不同程度的降低;随着GFRP筋材料老化率、钢筋锈蚀率的不断增加,构件抗弯承载力损失率也不断增加,当GFRP筋老化率达到27%时,钢筋锈蚀率达到35%,构件抗弯承载力也相应损失21.46%。

GFRP管钢筋混凝土组合构件抗弯性能实验研究

通过抗弯实验,研究了GFRP管(劲性)钢筋混凝土组合构件的抗弯性能.实验结果表明,GFRP管对混凝土的紧箍效应仅存在于受压区,对受拉区混凝土约束作用不明显;组合构件的荷载-变形曲线明显出现弹性直线、弹塑性曲线和上升直线3个阶段;组合构件内部设置型钢能有效提高组合构件的抗弯承载力和刚度;采用纤维模型法编制程序的计算结果与实验结果吻合良好;组合构件的抗弯承载力随着钢面积分数的增加、混凝土强度等级的提高及GFRP管壁厚度增加而提高.

GFRP管钢筋混凝土组合构件抗弯承载力计算

GFRP管钢筋混凝土组合构件是在GFRP管内设置钢筋,再在其内部浇筑混凝土而形成的一种新型组合构件。这种组合构件在弯矩作用时,GFRP管对混凝土的紧箍效应仅存在部分受压区,而对受拉区混凝土约束作用不明显,受拉区的GFRP管与钢材单独受力。分别利用极限平衡理论和统一理论,建立了GFRP管钢筋混凝土组合构件的抗弯承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好。

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。

填充墙对GFRP筋混凝土框架结构抗震性能的影响

为研究填充墙对玻璃纤维增强复合材料(GFRP,Glass Fiber Reinforced Polymer)筋混凝土框架结构抗震性能的影响,设计制作了两个以GFRP筋作为梁柱主筋三层两跨的1/4缩尺框架模型,进行地震模拟振动台试验。其中模型一为无填充墙的GFRP筋混凝土框架结构,模型二为在三个外立面砌筑填充墙的GFRP筋混凝土框架结构。结果表明:GFRP筋替代钢筋作为混凝土框架结构梁柱受力加强筋,不仅表现出良好的受力性能,同时还表现出良好的变形性能和变形可恢复性能,可以有效提高结构的抗震性能;填充墙与结构之间相互连接、互相制约形成新的协同工作体系,改变了原有框架结构的受力机理,共同承担外部地震荷载;填充墙的存在增强了框架结构的整体刚度,提高了结构的抗震性能,减小了结构的损伤程度,具有较好的抗震能力和抗倒塌能力;建议设计时充分考虑填充墙对框架结构的受力变形性能影响,优化抗震构造措施,保证结构经济与安全。

GFRP约束钢筋混凝土构件受力性能参数分析

为了分析混凝土强度等级、受力钢筋等级、箍筋强度等级、GFRP管厚度等对GFRP约束钢筋混凝土偏心受压构件受力性能的影响,选取GFRP约束钢筋混凝土构件作为研究对象,建立玻璃纤维约束钢筋混凝土偏心受压构件的ANSYS三维有限元数值分析模型,进行数值模拟,结果表明:将高强混凝土应用于GFRP管约束混凝土偏心受压构件之中,GFRP约束钢筋混凝土构件的极限承载力能得到十分有效的提升,受力性能的最佳参数为:混凝土强度为C40~C50,受力钢筋宜选择HPB335,受力箍筋宜选择HPB235,GFRP管厚宜选择6 mm。

GFRP管钢筋混凝土组合构件的徐变性能研究

在长期荷载、温度和混凝土徐变等因素的影响下,GFRP管钢筋混凝土受弯构件会发生内力重分布,改变其受力性能。利用内力平衡,建立GFRP管钢筋混凝土组合截面受压高度、初始应力计算公式及徐变效应影响的计算模型,并编制了GFRP管钢筋混凝土构件的徐变效应计算程序,计算分析了混凝土强度等级、温度、GFRP含量及荷载等主要设计参数对GFRP管钢筋混凝土构件的徐变效应的影响。计算结果表明,GFRP管钢筋混凝土受弯构件的徐变随着含GFRP率的增加而减小,随者弯矩的增加而增大,随着混凝土强度等级的提高而增大,随着温度升高而增加。

高温下GFRP筋和混凝土粘结性能的实验研究

为了研究高温下GFRP筋和混凝土的粘结性能,采用直径8 mm的GFRP筋和100 mm×100 mm×100 mm立方体混凝土试块组成的粘结试件,在20～190℃温度范围内选定5种工况,进行了一系列GFRP筋和混凝土之间的粘结性能实验.为了获得2种材料的力学性能,实验中测量了GFRP筋在高温下的抗拉强度以及混凝土的抗压强度.实验分别测量了不同温度条件下GFRP筋和混凝土之间的粘结强度、残余粘结应力以及不同时刻粘结实验段两端(包括自由端和加载端)的滑移量值.基于实验结果确定出了粘结滑移方程的参数,为理论分析两种材料的粘结滑移本构关系提供了有效的帮助.

GFRP筋混凝土梁抗剪承载力影响因素

为深入研究玻璃纤维（GFRP）筋混凝土梁的抗剪性能,通过57根混凝土梁的试验,对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响因素进行了研究.重点分析了箍筋和剪跨比对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响;在配筋率、几何尺寸、混凝土强度和剪跨比相同的条件下,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁的抗剪承载力进行对比分析,探讨了GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数与剪跨比的关系.结果表明：箍筋能使GFRP筋混凝土梁的初裂抗剪强度提高7.4%~30.0%;GFRP筋混凝土梁达到极限承载力时,箍筋的最大应力远小于其抗拉强度,验明了有效应变控制抗剪能力的正确性;随剪跨比减小,GFRP筋混凝土梁的抗剪承载力先增大,后减小;GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数随剪跨比减小而增大.

GFRP筋与混凝土粘结性能试验研究

基于40个试件的试验,对GFRP筋试件和钢筋试件的粘结破坏进行了研究。试验结果表明,拔出端存在明显的应力集中现象;两种试件的破坏粘结强度接近,仅与混凝土的极限拉应力有关;破坏过程中GFRP试件比钢筋试件表现出了更好的延性。本文提出了筋材的混凝土保护层临界厚度确定公式,考虑了影响临界厚度的主要因素:即筋材粘结强度、混凝土单轴抗拉强度和筋材直径,建议GFRP筋混凝土保护层厚度不能简单采用钢筋混凝土的,即应通过试验提出合理的取值。

GFRP筋混凝土短柱偏压性能试验研究

进行了3组玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋混凝土短柱偏心受压破坏试验,对GFRP筋混凝土偏心受压柱的破坏形态、侧向挠度、内部筋体应变与混凝土表面的应变等试验结果进行了分析。结果表明:GFRP筋混凝土柱的破坏形式为受压破坏,随着初始偏心距的减小,GFRP筋混凝土柱的承载力有增大趋势;GFRP筋作为受压筋与混凝土的协同作用良好,且试件加载时的初始偏心距越小,混凝土与GFRP筋的协同作用越好;GFRP筋有较好的抗压性能,作为受力筋应用到混凝土受压构件中有很大的优越性。

混凝土碱环境中GFRP筋耐久性能试验研究

针对玻璃纤维增强聚合物（GFRP）筋在混凝土环境中的抗拉性能进行了试验研究,通过分析侵蚀前后试件的极限抗拉强度和弹性模量等力学性能参数,研究了两种温度下碱溶液和自来水浸泡混凝土环境中GFRP筋的抗拉强度退化规律。试验结果表明,在20℃、40℃自来水环境下浸泡90d后,GFRP筋抗拉强度与对照试件相比分别下降了8.8%和12.2%,而在相同温度的碱溶液中其抗拉强度衰减量可分别达到17.5%和22.1%;随着龄期的增加,抗拉强度减小的趋势逐渐减缓;通过将GFRP筋在混凝土环境下浸泡和直接浸泡在碱溶液中抗拉强度的试验数据对比分析发现,GFRP筋在模拟碱环境中的抗拉强度退化速率约为实际混凝土环境中的2.5~3倍。