筋材与钢纤维对混凝土梁受弯性能的影响研究

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随着国家海洋战略的提出,钢筋混凝土结构耐久性问题日益加重,对工程结构提出高质量、耐腐蚀等新的要求。FRP(Fiber-Rein Forced Polymer)筋作为一种新型建筑材料,以其轻质高强、耐腐蚀等特点,取代钢筋逐渐应用实际工程中,结合具有优异的抗压和抗拉能力的钢纤维高强混凝土,形成FRP筋钢纤维混凝土结构,以改善FRP筋与混凝土之间粘结性能差,变形大等缺点,提高FRP筋混凝土结构构件在复杂环境以及荷载作用下抵抗变形、限制裂缝发展,提高其实际可利用率等能力,从根本上解决传统钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀问题,同时可以改善结构受力性能,提高结构的安全性、适用性和耐久性。本文通过9根FRP筋钢纤维混凝土梁、1根FRP混凝土梁和两根钢筋钢纤维高强混凝土对比梁的受弯试验,研究钢纤维体积率、FRP筋配筋率、混凝土强度等级和筋材种类对FRP筋钢纤维混凝土梁的受弯性能的影响,分析试件梁在单调静力作用下的破坏形式与破坏模式特征、裂缝发展、荷载-挠度关系曲线、极限承载力与正常使用状态下承载力、延性、承载力与正常使用状态下承载力计算方法以及筋材和钢纤维对混凝土梁正常使用极限状态下抗弯承载力分析等,主要研究成果如下:(1)钢纤维对混凝土有增强增韧作用,同时钢纤维限裂阻裂作用可有效减少试件梁裂缝宽度和间距,延缓试件梁刚度退化,提高其在荷载作用下抵抗变形的能力。(2)钢纤维和筋材可显著影响FRP筋钢纤维混凝土梁的受弯性能,随配筋率的提高,试件梁极限受弯承载力和正常使用极限状态下受弯承载力分别提高42.2%、65.2%和21.5%、41.2%,随钢纤维体积率的提高,极限承载力增长不明显,但正常使用极限状态下受弯承载力提高26.8%、48.8%、80.1%,同时钢纤维的加入可有效提高试件梁延性,延缓破坏进程,提高结构可预见性和安全性。(3)基于试验结果,建立FRP筋钢纤维混凝土梁受弯承载力计算模型,引入钢纤维和配筋率对正常使用极限状态下FRP筋钢纤维混凝土梁受弯承载力影响系数。(4)根据刚度解析法和粘结滑移理论提出的受变形和裂缝限制下正常使用极限状态下承载力计算模型,基于计算模型进一步分析筋材与钢纤维在不同配筋率下FRP筋钢纤维混凝土梁承载力有效使用系数,并提出FRP筋钢纤维混凝土梁设计建议。
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