GFRP筋与纤维混凝土粘结滑移试验研究

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随着钢筋混凝土结构使用年限的增加,混凝土结构中钢筋腐蚀造成的结构耐久性降低和结构破坏已日益成为一个严重的问题,对于在受氯离子侵蚀较严重的海洋环境中的结构更是如此。用FRP筋代替混凝土结构中的钢筋是解决上述问题的有效办法之一,FRP筋是一种新型的复合材料,它具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,用它代替混凝土结构中的钢筋可以提高混凝土结构的耐久性能。FRP筋与混凝土良好的粘结性能是保证在外荷载作用下,两者的协同工作的基础,是设计、应用和推广该结构的重点之一。由于FRP筋的物理力学性能和表面形状与钢筋有较大差异,FRP筋与混凝土的粘结性能低于钢筋。如何有效地改善FRP筋与混凝土的粘结性能,是国内外学者研究的热点问题。已有研究表明,混凝土中掺入钢纤维或聚丙烯纤维均能提高基体与钢筋或FRP筋的粘结滑移性能;自密实混凝土由于其良好的流动性、填充性和抗离淅性,能保证混凝土与FRP筋之间良好的粘结性能,增强基体与FRP筋之间的握裹力。同时,为了推动纤维自密实混凝土更广泛地应用于工程中,其配合比的优化、配筋结构的安全性等方面还有许多问题有待研究解决。本文在总结了国内外大量研究的基础上,首先进行了C40和C80自密实混凝土配合比的试验研究,进行了大量的优化配合比的试验,使新拌混凝土具有更好的流动性、填充性和抗离淅性,保证了新拌自密实混凝土优良的工作性能和硬化后的力学性能。然后通过中心拉拔试验,对比研究了GFRP筋在普通自密实混凝土与纤维自密实混凝土中的粘结滑移性能,包括破坏模式、粘结强度和滑移值;GFRP筋与普通钢筋在相同混凝土基体中的粘结滑移性能;影响GFRP筋与自密实混凝土粘结滑移性能的因素。试验及分析表明,混凝土中添加聚丙烯长纤维后,能提高GFRP筋与基体的极限粘结应力,增加极限粘结应力对应的滑移值,改善粘结滑移性能;相同条件下,GFRP筋与混凝土的极限粘结应力为钢筋的60%~65%,可以通过在混凝土中掺聚丙烯长纤维的方法加以提高,提高幅度为10%左右;GFRP筋的粘结滑移性能与混凝土中纤维类型、纤维掺量、混凝土强度等级、GFRP筋直径、粘结长度及破坏模式等因素有关。最后,在本文试验以及已有试验研究的基础上,提出了综合考虑GFRP筋的表面特性、GFRP筋直径、粘结长度以及混凝土强度等因素的GFRP筋粘结强度理论公式和锚固长度设计建议。对比了本次试验结果与已有的几种FRP筋与混凝土之间的粘结滑移本构模型,提出了较符合本次试验研究的粘结滑移本构模型,为有关规范的编制提供了依据。
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