论文部分内容阅读
由于钢筋的腐蚀降低了结构的使用寿命,导致维修成本大幅增加,已成为混凝土结构的一个主要问题。纤维增强聚合物(FRP)材料,由于具有抗拉强度高、施工便捷、重量轻和耐腐蚀等一些优异性能,将其替代钢筋应用到混凝土结构中可有效解决钢筋锈蚀问题,近年来引起了工程界的广泛关注。但FRP筋具有较低的弹性模量和线弹性的应力-应变关系,导致在正常使用状态下FRP筋混凝土梁的挠度和裂缝宽度均大于钢筋混凝土梁。为了克服FRP筋混凝土结构的这些缺点,近年来,一些学者提出将FRP筋和钢筋结合的混合配筋混凝土结构,这种结构既可以较好的解决钢筋腐蚀导致的耐久性问题,又可以克服FRP筋混凝土梁使用性能差的缺点。为了进一步研究FRP筋和钢筋混合配筋结构的受力性能,本文选取玄武岩纤维筋(BFRP筋)和钢筋进行混合配筋,设计制作一系列BFRP筋/钢筋混合配筋梁,利用试验、理论并结合数值模拟的方法对其抗弯性能进行了分析,具体研究内容如下:(1)设计制作10根试验梁,包括1根BFRP筋混凝土梁、1根钢筋混凝土梁及8根BFRP筋/钢筋混合配筋混凝土梁。通过抗弯性能试验研究了高配筋率及低配筋率下不同配筋面积比对混合配筋混凝土梁受弯性能的影响,分析其承载力、破坏形态、挠度变形、裂缝发展及延性性能,并与BFRP筋混凝土梁以及钢筋混凝土梁进行了对比。发现BFRP筋/钢筋混合配筋梁的破坏形式包括两种:高配筋率混合配筋梁钢筋屈服后受压区混凝土压碎,低配筋率混合配筋梁则在钢筋屈服后BFRP筋被拉断,发生脆性破坏。混合配筋混凝土梁荷载-挠度曲线表现出以试件开裂和钢筋屈服为转折点的三线性特征。混合配筋混凝土梁的延性系数均比钢筋混凝土梁大,且配筋率越低,配筋面积比越大,延性系数越高。要满足设计规范对延性和挠度的要求,建议配筋面积比在0.6-1.65之间。(2)基于美国纤维筋规范ACI440.06-1R和中国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》对BFRP筋/钢筋混合配筋混凝土梁的初裂荷载、极限承载力、裂缝宽度以及荷载-跨中挠度曲线进行理论计算,并与试验结果进行对比,验证规范对混合配筋混凝土梁的有效指导性。发现理论计算值与试验结果吻合良好,美国纤维筋规范对梁极限承载力、荷载-跨中挠度曲线以及裂缝宽度的预测要更为准确。(3)利用有限元软件ANSYS,基于试验数据,建立了BFRP筋/钢筋混合配筋混凝土梁的三维数值模型,对其抗弯全过程进行了数值模拟计算,并将得到混合配筋梁破坏形态、开裂荷载、极限荷载、裂缝开展形态及荷载-跨中挠度曲线与试验结果进行了对比,发现理论计算值与试验结果吻合良好。在此基础上,进一步探讨了混合配筋梁截面高度、FRP筋类型及受拉纵筋的布置位置等因素对混合配筋混凝土梁抗弯性能的影响。