【摘 要】
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腐蚀环境下的钢筋混凝土结构,其外侧的钢箍筋更容易锈蚀,导致结构性能退化,严重威胁结构服役安全与寿命。玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforce Polymer,简称GFRP),耐腐蚀优异,强度高,价格低廉。但是,GFRP弹性模量较低,仅为45GPa左右,用于混凝土梁时,变形较大,裂缝开展较早,限制其在工程中应用。为了解决GFRP筋用于混凝土梁变形过大的问题,本论文提出将GFR
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腐蚀环境下的钢筋混凝土结构,其外侧的钢箍筋更容易锈蚀,导致结构性能退化,严重威胁结构服役安全与寿命。玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforce Polymer,简称GFRP),耐腐蚀优异,强度高,价格低廉。但是,GFRP弹性模量较低,仅为45GPa左右,用于混凝土梁时,变形较大,裂缝开展较早,限制其在工程中应用。为了解决GFRP筋用于混凝土梁变形过大的问题,本论文提出将GFRP与具有高弹性模量(210GPa)的钢筋复合,形成耐腐蚀优异与弹性模量较高的GFRP-钢复合箍筋,用于增强混凝土梁的抗剪性能。本课题设计了9根GFRP-钢复合箍筋混凝土梁和1根普通钢箍筋混凝土梁,以混凝土强度(C35,C40,C50)、剪跨比(λ=1,2,2.5,3)和配筋率(0.38%、0.25%、0.23%和0.20%)为研究变量,研究了GFRP-钢复合箍筋混凝土梁抗剪性能,包括其破坏模式,破坏过程、荷载-位移曲线、抗剪承载力、斜裂缝宽度与间距,提出了GFRP-钢复合箍筋混凝土梁的极限承载力计算公式、开裂荷载以及斜裂缝最大宽度计算公式,研究结果如下:(1)GFRP-钢复合箍筋混凝土梁与普通钢筋混凝土梁的剪切破坏模式类似,分为斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏。破坏模式受剪跨比λ的影响,λ=1为斜压破坏,λ=2与λ=2.5为剪压破坏,λ=3为斜拉破坏。(2)GFRP-钢混凝土梁荷载-位移曲线分上升段、水平段及下降段。上升段,荷载随着位移的增大而增大;当荷载达到峰值后,进入水平段,位移增大而荷载不变;位移继续增大,进入下降段,荷载随着位移的增大而减小。相比于普通钢筋混凝土梁,GFRP-钢复合箍筋荷载-位移曲线增加了水平段,这是由于GFRP-钢复合箍筋中钢筋屈服后GFRP材料能继续承载。这表明GFRP-钢复合箍筋混凝土梁斜截面破坏具有较大的延性。(3)相同配箍率下,GFRP-钢复合箍筋混凝土梁的抗剪承载力比普通钢箍筋混凝土梁高9.97%。GFRP-钢复合箍筋抗剪承载力受剪跨比、混凝土强度及配箍率影响,随剪跨比增大而减小,随混凝土强度及配箍率增大而增大。其中受剪跨比的影响最大,受混凝凝土强度的影响最小。(4)基于GFRP-钢复合箍筋混凝土梁试验数据并参考钢筋混凝土梁、GFRP箍筋混凝土梁规范中受剪承载力计算公式,建立了GFRP-钢复合箍筋混凝土梁抗剪承载力计算公式,比较计算值与试验值,二者吻合较好。(5)通过对GFRP-钢复合箍筋混凝土梁剪跨部位的斜裂缝开展机理的分析,结合试验数据,得到GFRP-钢复合箍筋混凝土梁受剪最大裂缝宽度计算公式,比较计算值与试验值,二者吻合较好。
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