【摘 要】
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因钢筋锈蚀导致混凝土结构力学性能劣化和耐久性降低不仅耗费巨大的维修费用,还影响建筑结构使用安全。使用具有耐腐蚀性强、轻质高强等优点的FRP筋代替钢筋成为混凝土结构中的增强材料是一种可行性较强的解决方案,然而,由于FRP筋弹性模量低,FRP筋混凝土构件抗弯刚度较钢筋混凝土结构明显降低会引起结构变形大幅增加。为此,本文通过开展混合配筋混凝土梁受弯试验,对钢筋-BFRP筋混合配筋梁正截面受弯性能进行进一
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因钢筋锈蚀导致混凝土结构力学性能劣化和耐久性降低不仅耗费巨大的维修费用,还影响建筑结构使用安全。使用具有耐腐蚀性强、轻质高强等优点的FRP筋代替钢筋成为混凝土结构中的增强材料是一种可行性较强的解决方案,然而,由于FRP筋弹性模量低,FRP筋混凝土构件抗弯刚度较钢筋混凝土结构明显降低会引起结构变形大幅增加。为此,本文通过开展混合配筋混凝土梁受弯试验,对钢筋-BFRP筋混合配筋梁正截面受弯性能进行进一步研究,主要研究内容和结论如下:(1)设计制作了4根正常锚固、1根BFRP筋加载点处套管增强锚固和4根BFRP筋端部套管增强锚固的钢筋-BFRP筋混合配筋梁,开展不同混凝土强度与不同名义配筋率下正截面受弯试验研究。结果表明,钢筋-BFRP筋混合配筋梁正截面变形基本符合平截面假定;混合配筋梁受弯变形与钢筋混凝土梁相似,具有良好的延性性能;对相同面积的受拉钢筋,名义配筋率越大,构件弯曲变形及裂缝宽度就越小;提高混凝土强度等级可以增加构件受弯刚度与极限弯矩,对裂缝宽度无明显影响。(2)混凝土强度与配筋相同条件下,正常锚固梁与端部套管增强锚固梁挠度变形基本一致,加载点处套管增强锚固梁最大裂缝宽度与挠度变形较小,极限荷载较大,BFRP筋与混凝土粘结性能可以满足混合配筋构件受弯时两者共同工作需要;混合配筋梁荷载-挠度曲线表现出三直线特征,曲线中两个转折点分别对应混凝土开裂和受拉钢筋开始发生屈服。(3)定义了混合配筋适筋梁两种界限破坏状态和相应的综合配筋率表达式;依据平截面变形协调与力矩平衡条件,推导出混合配筋混凝土梁开裂前惯性矩、受压区高度、开裂弯矩及受弯承载力计算公式,试验值与计算值较为吻合;基于BFRP筋与混凝土粘结滑移本构模型推导出BFRP筋锚固长度计算公式。(4)采用有效惯性矩法和刚度解析法分别建立钢筋-BFRP筋混合配筋梁截面弯曲刚度计算公式,将构件挠度计算值与试验值进行比较。结果表明,两种理论公式计算值与试验值均较为吻合,采用刚度解析法更为简便且计算值具有一定安全储备。给出了含有BFRP筋与钢筋配筋面积比作为参数的平均裂缝间距与短期荷载作用下最大裂缝宽度表达式,与试验结果相比,正常使用状态下最大裂缝宽度理论计算值具有较好的适用性。(5)利用Abaqus软件对九根混合配筋梁的受弯性能进行非线性有限元模拟分析,通过模型计算结果分析九根梁的挠度变化和构件破坏过程,并将极限受弯承载力试验值与有限元模拟分析值进行了比较。结果表明有限元模拟结果与实际试验数值较为接近,建立的有限元数值模型能较为合理地反映混合配筋梁实际受弯状态。
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