重复荷载下钢—碳纤维复合筋混凝土梁受弯性能试验研究

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钢筋锈蚀会给钢筋混凝土结构带来严重的耐久性问题。FRP筋具有良好的耐腐蚀性能,可以有效解决钢筋的锈蚀问题,但它存在弹性模量低和延性差等不足,导致FRP筋混凝土结构刚度低,荷载作用下产生较大变形和裂缝,且呈脆性破坏,严重影响着结构的使用性能与安全性能。SFCB结合了钢筋弹性模量高、延性好和FRP筋耐腐蚀性能好、极限强度高的优点。在实际工程结构中,许多结构都承受重复荷载而不是单调荷载。重复荷载会导致更大程度的内部损坏,随着损伤的积累,梁抗变形能力逐渐减弱,从而影响构件的正常使用。因此,本文以重复荷载下SFCB混凝土梁抗弯试验为基础,分析SFCB混凝土梁在不同荷载水平重复作用下的破坏模式、荷载挠度反应及刚度退化规律等。主要研究的内容和结果如下:(1)SFCB混凝土试验梁的受力过程与钢筋混凝土试验梁相似,有未开裂前的弹性阶段、开裂至钢芯屈服阶段、钢芯屈服至破坏阶段。SFCB混凝土试验梁在开裂时和钢筋内芯屈服时荷载-裂缝宽度曲线、荷载-挠度曲线和纵筋的荷载-应变曲线均发生了突变,但钢芯屈服后由于外层碳纤维的高抗拉强度特性,其承载能力仍能稳定增加,表现出了稳定的二次刚度及良好的延性。(2)经过10次重复作用后卸载为0k N时,SFCB混凝土试验梁的残余裂缝宽度、残余挠度及纵筋残余应变介于钢筋混凝土试验梁和CFRP筋混凝土试验梁之间。SFCB屈服后恢复性能比钢筋优越,用其作为混凝土结构的加劲材料可具有比普通钢筋混凝土结构更好的结构屈服后恢复能力,在实际工程中的可修复性更好。(3)相同荷载重复作用下,SFCB混凝土试验梁残余挠度的增长比钢筋混凝土试验梁快。卸载时均有残余挠度,但是在卸载和下一循环加载过程中变形会有一定程度的恢复。另外,随着循环次数的增加,相同荷载下,相邻两个循环之间的挠度差值逐渐减小。(4)经过10次重复作用后,R-SF-50%、R-SF-70%、R-SF-85%和R-SF-120%试验梁残余挠度分别增加了14.5%、11.6%、25.6%和22.4%,说明残余挠度的增加并不是随重复荷载水平而增加。高荷载重复作用后SFCB试验梁荷载-挠度曲线不再有屈服“拐点”,表现出与FRP筋混凝土梁相似的挠度曲线特征。(5)推导了静载作用下SFCB混凝土试验梁的抗弯承载力计算公式,其抗弯承载力计算值与实测值基本吻合;另外,有限的重复次数较对SFCB混凝土试验梁的极限抗弯承载力没有明显影响,且在有限次数的荷载重复下,重复荷载水平对SFCB混凝土试验梁极限抗弯承载力也没有明显影响。(6)通过试验结果分析,在基于我国现有混凝土梁裂缝宽度计算公式的基础上,结合SFCB力学性能特征,考虑钢筋内芯屈服前后弹性模量的改变,对SFCB凝土梁在裂缝宽度进行计算发现,对于单调静载作用下的试验梁,理论值与试验值吻合较好,说考虑弹性模改变进行计算是可行的;对于重复荷载作用下的试验梁,计算值与实际值发展趋势基本一致,但计算值远小于实际值,说明进行重复荷载作用下SFCB混凝土梁的裂缝宽度计算时,应考虑重复作用导致的损伤积累。(7)基于GB 50608-2020规范的挠度计算公式,对于单调静载作用下的SFCB试验梁,考虑屈服前后弹性模量改变,可以很好地预测SFCB混凝土试验梁挠度发展;对于重复荷载作用下的SFCB混凝土试验梁,计算值与实际值发展趋势基本一致,但计算值远小于实际值,进行重复作用下SFCB混凝土受弯构件挠度计算时,应该考虑多次重复作用导致的刚度衰减。
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