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纤维聚合物筋(FiberReinforcedPolymerRebar,简称FRP筋)具有抗拉强度高、密度小、抗疲劳、耐酸耐碱、绝缘性能好、抗腐蚀等诸多优点,被认为是最具生命力的新型建筑材料之一。将其作为钢筋的补充甚至替代材料应用于恶劣环境条件下的混凝土结构中,不仅可以从根本上解决钢筋锈蚀问题,提高结构的耐久性和使用寿命,而且可以降低自重,减少维护费用。但是,大量研究结果表明,普通FRP筋混凝土梁具有变形大、裂缝发展过快过宽等缺点,且对其长期性能的研究也很少。本文基于FRP筋及其增强混凝土结构的性能特点,将具有较高强度和较好延性的钢纤维高强混凝土与具有轻质、高强、抗腐蚀等诸多优异性能的玄武岩纤维聚合物筋(BasaltFiberReinforcedPolymerRebar,简称BFRP筋)有机结合形成BFRP筋钢纤维高强混凝土梁,旨在从根本上解决钢筋混凝土梁易开裂和钢筋锈蚀、高强混凝土梁延性差以及FRP筋混凝土梁裂缝与挠度过大等问题。
本文通过试验研究和理论分析,研究了长期荷载作用下BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的长期受弯性能,主要研究内容及成果如下:
(1)通过BFRP筋钢纤维高强混凝土梁在长期荷载作用下的三分点加载受弯试验,研究了BFRP筋用量、钢纤维体积率等参数对不同荷载水平的长期荷载作用下BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的BFRP筋应变、长期变形、裂缝宽度等随持荷时间的影响。
(2)基于我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),修正了平均裂缝间距公式;根据钢筋与FRP筋的等效原理,导出了基于同等数量及直径条件下的FRP筋转换为钢筋的BFRP筋钢纤维混凝土梁最大裂缝宽度计算公式。通过比较分析,提出了考虑了FRP筋材料性能影响的长期荷载作用下BFRP筋钢纤维高强混凝土梁最大裂缝宽度建议计算公式及裂缝宽度限值。
(3)结合试验结果,对我国现行《混凝土结构设计规范》和美国ACI规范中规定的挠度计算方法进行了对比分析,对ACI规范中挠度计算的相关参数给出了修正建议,提出了BFRP筋钢纤维混凝土梁的BFRP筋的修正系数δ和永久荷载下的时间影响系数ζ之间的关系曲线。