基于挠度控制方法的BFRP筋混凝土梁抗弯设计

纤维增强塑料(FRP)筋混凝土梁的抗弯设计主要受正常使用极限状态的制约,因此在采用极限状态设计法对FRP筋混凝土梁进行抗弯设计时,其步骤应根据正常使用性能标准的要求对构件进行配筋设计,然后再按极限平衡理论进行强度验算。基于这一设计思路,采用对构件挠度进行控制的方法,根据应变协调条件和截面内力平衡条件,并结合对构件的荷载-挠度关系进行非线性全过程分析;提出了一种通过允许挠度确定最小配筋率的抗弯设计方法,并编写了相应的计算程序,设计了相应的图形用户界面(GUI)。采用该方法设计了2根玄武岩纤维增强塑料(BFRP)筋混凝土梁,对其在正常使用极限荷载下的挠度进行了有限元求解,并与非线性全过程分析和简化挠度公式的计算结果进行了比较。分析结果表明:得到的挠度值均小于允许挠度值,说明该方法具有较好的适用性;为满足正常使用条件下的挠度要求,应将BFRP筋混凝土梁设计为超筋梁,较高的配筋率可以明显减小BFRP筋混凝土梁的挠度,改善其变形性能。     

纤维增强塑料筋混凝土梁抗弯设计数值分析

为预测纤维增强塑料筋(FRP筋)混凝土梁在受弯工作过程中弯矩和挠度的发展情况,从而为FRP筋混凝土梁的抗弯设计提供依据,采用对构件正截面进行分层的方法,根据极限强度理论、应变协调条件和内力平衡条件,对构件的弯矩-曲率关系和荷载-挠度关系进行了数值计算,并编写计算代码,设计图形用户界面(GUI)。理论计算结果与试验结果的比较说明,采用极限强度理论可以较好地预测FRP筋混凝土梁的极限弯矩,对于FRP筋混凝土梁短期挠度的计算,ACI模型的计算结果过小,Faza&GangaRao模型可以较好地预测构件在正常使用极限状态下的短期挠度,所采用的数值计算方法则可以较好地预测构件在短期荷载作用下的极限挠度。各种挠度计算方法之间的对比表明,所采用的数值计算方法更加适合于FRP筋混凝土梁短期挠度的求解。     

玻璃纤维增强塑料筋混杂纤维混凝土梁抗弯性能研究

本文利用静力加载试验及有限元模拟分析,研究了纤维掺入对钢筋及玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁抗弯性能的影响,并提出了适用于GFRP筋混杂纤维混凝土梁的平衡配筋率与极限承载力计算公式.结果表明,将钢纤维与聚乙烯醇(PVA)纤维掺入普通钢筋混凝土梁中可小幅提高梁的开裂荷载;利用GFRP筋替代钢筋作为受力筋体,可明显提...     

复合纤维抗弯加固混凝土外伸梁试验研究

通过对T形截面外伸梁复合纤维抗弯加固的静力试验 ,分析了持荷加固和损坏加固对复合纤维抗弯加固钢筋混凝土梁强度、刚度及挠度的影响 ,探讨了外伸端支座区域复合纤维与混凝土之间粘结应力的分布规律 ,研究了不同加固方式对抗弯加固效果的作用 .试验结果表明 :复合纤维加固钢筋混凝土梁能有效提高梁的极限承载力 ;加固量较多时能提高梁的第二刚度 ;当发生剥离破坏时 ,持荷加固对梁的极限承载力影响不大 ;损坏后加固和不损坏加固极限承载力相近 ;不同加固方式对极限承载力和刚度有很大影响 ;负弯矩区复合纤维延伸长度很短     

预应力筋局部锈蚀断裂混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究钢绞线腐蚀断裂对后张预应力混凝土梁受弯性能的影响,制作5片混凝土梁,在不同部位进行电化学快速腐蚀使钢绞线发生局部断裂,然后对其进行静载试验,研究钢绞线局部断裂对混凝土梁裂缝扩展、挠度变形、破坏模式和极限承载力的影响,进而探讨局部断裂的混凝土梁抗弯承载力计算分析方法和抗弯性能数值模拟方法。研究结果表明:预应力筋局部锈蚀断裂对开裂荷载影响较小,但导致构件裂缝分布发生改变,裂缝数量减小,裂缝高度不均匀性明显;构件的破坏形式由断筋局部损伤及对应区域的截面内力共同决定,若断口处弯矩较大,则很可能引起少筋破坏;反之,钢绞线断裂对破坏形式影响较小;钢绞线断裂引起混凝土梁刚度减小,其减小程度与钢绞线断裂的位置相关,钢绞线断裂在端部锚固区对梁的刚度影响很小,从锚固区到弯剪区到纯弯段,刚度减小依次增大;构件极限承载能力受钢绞线断裂位置影响,钢绞线断裂位置越靠近跨中,其抗弯承载力减小越明显。     

FRP筋预应力混凝土梁抗弯性能研究进展

FRP筋预应力混凝土结构已成为国内外工程领域研究的重点，文章分别介绍了国内外体内有粘结、体内无粘结和体外无粘结FRP筋预应力混凝土梁抗弯性能研究的主要成果，并对今后拟开展的研究工作提出了建议。     

层布式聚乙烯醇纤维混凝土梁抗弯性能试验研究

将聚乙烯醇纤维混凝土布置在钢筋混凝土梁受拉区,设计了12根层布式聚乙烯醇纤维钢筋混凝土梁,改变纤维体积率、纤维层厚度、混凝土强度等级、截面配筋率、受拉钢筋强度等级5个影响因素,设计了5组对比试验,分别对12根试验梁做抗弯性能试验,以判断层布式纤维混凝土梁的抗弯性能。     

再生混凝土梁抗弯性能试验

以再生骨料的取代率为试验参数,对1组普通混凝土梁和4组不同取代率的再生混凝土梁进行对比试验.研究在相同水灰比条件下,再生粗骨料混凝土梁和普通混凝土梁抗弯性能的差异和共同点,以及不同取代率的再生混凝土梁抗弯性能的差异.重点分析再生混凝土梁的平截面假定的适用性,承载能力、抗裂性能和抗弯刚度的差异.结果表明再生混凝土的立方体抗压强度和普通混凝土的立方体抗压强度相差不明显;再生混凝土梁极限受弯承载力小于普通混凝土梁的极限受弯承载力,取代率对再生混凝土梁的受弯极限承载力没有明显的影响;再生混凝土梁的抗弯刚度小于普通混凝土梁;再生混凝土抗裂性能比普通混凝土差.     

玄武岩纤维布加固混凝土梁的抗弯疲劳性能试验

通过2根玄武岩纤维布加固的钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能试验研究,分析玄武岩纤维布对加固梁抗弯疲劳性能的影响.试验结果表明,采用玄武岩纤维布进行加固后,梁的抗疲劳性能得到极大改善;粘贴1层和2层玄武岩纤维布后,钢筋混凝土梁的疲劳寿命分别提高了66%和235%,50万次时,其疲劳变形分别减小了26.04%和35.40%.在纤维布与混凝土粘结可靠的情况下,若梁的配筋率不超过2.5%,加固梁发生钢筋疲劳断裂破坏的可能性极大.     

再生混凝土梁抗弯承载力的试验

对10根不同废弃骨料掺入量的再生混凝土梁进行了抗弯承载力试验,研究了再生混凝土梁正截面受力全过程和破坏形态.试验结果表明:再生混凝土梁与普通混凝土梁一样,正截面受弯破坏都需要经历弹性、开裂、屈服和破坏4个阶段;再生混凝土梁同样符合平截面假定.最后,根据GB50010-2002<混凝土结构设计规范>提出的普通混凝土梁的计算公式,验算了再生混凝土梁的极限承载力与普通混凝土梁极限承载力差别不大,可以用现行的公式计算.     

CFS/GFS层间混杂加固纤维混凝土梁抗弯试验研究

对采用杜拉纤维和钢纤维混杂改性的混凝土梁外贴碳纤维布和玻璃纤维布（CFS／GFS）进行混杂加固抗弯试验，对构件的开裂及发展情况以及构件加固后刚度的变化进行了对比分析研究．试验结果表明，掺入杜拉纤维和钢纤维，可以延缓混凝土构件微裂缝的出现，控制裂纹扩展，提高混凝土材料的强度，这种混杂纤维混凝土梁在试验过程中表现出比单一纤维混凝土梁更为优良的材料性能．采用不同形式的纤维布加固混凝土梁得到的加固效果有较大的不同，按试验方案采用CFS／GFS层间混杂加固纤维混凝土梁是一种有效的加固方法，在保证提高承载力的前提下，既提高了纤维混凝土构件的延性，又可降低加固成本．     

钢筋与FRP筋混杂配筋混凝土梁的抗弯性能

为了在试验基础上研究钢筋与纤维增强复合材料(fibre reinforced plastic,FRP)筋混杂配筋梁的抗弯性能,运用有限元软件ABAQUS对已有混杂FRP筋试验梁进行建模和非线性分析,研究了FRP筋种类、混凝土强度、等效配筋率等因素的影响.基于有限元结果拟合出了适筋破坏时混杂FRP筋梁的FRP筋应力表达式和承载力计算公式,并运用已有试验数据验证其正确性.结果表明:等效配筋率对混杂FRP筋梁的承载能力和变形性能影响最为显著,其次为FRP筋种类;混凝土强度对承载力有一定的影响,但对刚度影响较为有限;FRP筋应力表达式能较准确计算混杂FRP筋梁抗弯承载力.     

CFRP筋珊瑚混凝土梁变形性能与抗弯刚度研究

为了研究CFRP筋珊瑚混凝土梁变形性能,以珊瑚混凝土强度等级(C20、C30)和CFRP筋配筋率(0.31%、0.47%、0.73%、1.06%、1.37%、1.54%)作为变量,设计了12根CFRP筋珊瑚混凝土梁,通过对CFRP筋珊瑚混凝土梁进行四点弯曲试验,取得了CFRP筋珊瑚混凝土梁的挠度数据并对其进行分析。试验结果表明:梁试件的荷载-挠度曲线呈双线性的特征,卸荷后其形变恢复明显,且配筋率越高,形变恢复能力越强。梁试件在达到正常使用极限状态挠度限值时的荷载往往处于较低的荷载水平。在《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608—2010)的基础上,通过对试验数据回归分析,修正了受拉纵筋应变不均匀系数ψ,得出了适用于CFRP筋珊瑚混凝土梁的短期抗弯刚度计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

钢筋与 FRP 筋混杂配筋混凝土梁的抗弯性能

为了在试验基础上研究钢筋与纤维增强复合材料(fibre reinforced plastic, FRP)筋混杂配筋梁的抗弯性能, 运用有限元软件 ABAQUS 对已有混杂 FRP 筋试验梁进行建模和非线性分析, 研究了 FRP 筋种类、混凝土强度、等效配筋率等因素的影响. 基于有限元结果拟合出了适筋破坏时混杂 FRP 筋梁的 FRP 筋应力表达式和承载力计算公式, 并运用已有试验数据验证其正确性. 结果表明: 等效配筋率对混杂 FRP 筋梁的承载能力和变形性能影响最为显著, 其次为 FRP 筋种类; 混凝土强度对承载力有一定的影响, 但对刚度影响较为有限;     

聚乙烯醇纤维钢筋复合梁抗弯性能试验研究

掺入聚乙烯醇纤维(简称“PVA纤维”)的钢筋混凝土梁具有优良的抵抗变形能力和抗裂性能,在工程结构中具有良好的应用前景。为研究PVA纤维的掺入对PVA纤维钢筋复合梁(简称“PRC梁”)抗弯性能的影响,进行了4根PVA纤维体积掺量不同的PRC梁的静态三点弯曲加载试验。结果表明：PVA纤维的掺入并没有改变PRC梁的破坏形态,且破坏过程相似;但是掺入PVA纤维极大增强了PRC梁的抗裂性,延缓了裂缝的出现。相比于普通RC梁,0.75%(体积分数)掺量下的PRC梁开裂荷载提高了2.1倍;同时,掺入PVA纤维能够小幅增加PRC梁的抗弯承载力,在加载过程中,PVA纤维混凝土与钢筋能够更好地协同工作,从而增强了PRC梁的持荷变形能力;荷载位移曲线的积分面积表明(利用Origin曲线积分发现)PRC梁在加载过程中吸收的能量更多,因此,掺入PVA纤维能够有效增强PRC梁的延性。     

BFRP加固木梁抗弯性能的初始试验

通过对6根矩形截面木梁的静力试验,研究玄武岩纤维布(BFRP)加固木梁的破坏特征、截面应变、极限承载力等抗弯性能.结果表明,BFRP加固木梁能够有效提高木梁的承载力;在加载过程中,BFRP加固木梁的刚度有很大程度的提高.同时,受木节的影响,纤维布加固木梁存在很大的离散性.     

体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验研究

为研究体外配置碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)预应力筋活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)梁的抗弯性能,以剪跨比、张拉控制应力及预应力度为试验参数,进行了4根体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验.基于试验结果,明确了梁的受力破坏特征,推导了梁的开裂弯矩、极限弯矩计算公式并以试验结果验证了其适用性.结果表明:梁内未配置任何普通钢筋、预应力度为1.0的全预应力梁,均发生少筋特征的脆性断裂破坏,增大张拉控制应力可提高全预应力梁的开裂荷载,但不改变其破坏形态;梁内配置普通钢筋、预应力度为0.71的部分预应力梁,其承载能力及极限变形较预应力度为1.0的全预应力梁分别提高88.7％和18.1％,破坏模式为梁内非预应力钢筋屈服、受压区混凝土压碎的延性破坏.钢纤维的掺入对全预应力梁抗弯性能的提升作用有限,普通钢筋的配置对体外CFRP预应力RPC梁受弯性能的改善作用显著,因此实际工程中不宜过高估计钢纤维的作用而取消体内非预应力钢筋的配置.     

钢-混凝土组合桁架梁抗弯性能试验

为研究钢-混凝土组合桁架梁(SCCTG)的抗弯性能,对编号为CB1、CB2a、CB2b和CB3的4个试件进行试验研究和数值模拟.结果表明:SCCTG截面应变基本符合平截面假定,理论计算时可采用平截面假定,且SCCTG具有较高的极限承载能力和良好的变形性能,采用较密栓钉时可有效提高混凝土板和钢桁架的整体工作性能;当在弹性阶段时,SCCTG翼缘板的有效宽度基本不变,在塑性阶段,有效宽度有所增加,但均小于《规范》计算值,同时,试验证明混凝土受压翼缘存在较明显的剪力滞后效应,因此,设计计算时应考虑剪力滞后效应对组合梁承载力和变形的影响.     

体外预应力CFRP筋混凝土梁正截面抗弯试验研究

为研究体外预应力CFRP筋混凝土结构的正截面抗弯特性,研制了CFRP后张预应力筋夹片式锚具,对1片体外CFRP筋直线布置体外预应力混凝土梁和2片体外CFRP筋曲线布置体外预应力混凝土梁进行了正截面抗弯试验研究.试验结果表明:体外预应力CFRP筋混凝土梁受力过程与体外预应力钢筋混凝土梁有较多相似之处;跨中设一转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁的开裂荷载和极限承载力均比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要大,而跨中极限挠度则比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要小.在跨中设置转向块,可有效提高体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载能力.按所推导的体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载力理论公式,计算值与试验实测值吻合良好.     

纤维布加固无粘结预应力梁抗弯试验研究

通过试验对纤维布加固无粘结预应力梁的破坏形态、受力性能、截面应变分布以及挠度变化等进行了研究,主要讨论了加固梁在不同纤维布加固层数、不同加固前预损伤作用和不同加固纤维材料下的性能．试验结果表明：通过粘贴芳纶纤维布、碳纤维布材料都可以有效地提高无粘结预应力梁的受弯极限承载力;当采用多层纤维布加固时,加固梁的受弯极限承载力提高幅度与粘贴纤维布层数的增加呈单调递减的规律;加固前,施加20％、40％对比梁极限承载力预损伤对加固性能影响不大;同层数纤维布加固,芳纶纤维布与碳纤维布加固梁的受力效果相似,受弯极限承载力相近,裂缝开展和刚度变化存在差异．在试验研究的基础上,通过有限元软件ABAQUS进行了模拟计算研究,模拟结果表明,ABAQUS可以真实反映纤维布加固无粘结预应力梁的整个受力过程,模拟值与试验值吻合较好．最后根据试验以及数学模拟中反映出的规律,建立了纤维布加固无粘结预应力梁极限抗弯承载力的实用理论公式,理论计算结果与试验结果符合较好．