FRP筋及其加筋混凝土梁橋體系的性能與設計研究.pdf

1、近年來，以橋梁為代表的鋼筋混凝土基礎設施的腐蝕破壞成為世界性的突出問題。在這種情況下，國內外興起的使用耐腐蝕性聚合物材料FRP（Fiber Reinforced Plastic Polymer）筋作為鋼筋替代品，發(fā)展新型結構體系，成為解決這一問題的一種有效方法。本文在自行研制開發(fā)FRP筋的基礎上，對FRP筋的靜力學性能、自感知性能、疲勞性能、耐酸堿鹽介質腐蝕與凍融耐久性、FRP加筋混凝土短柱的受壓性能、FRP加筋混凝土梁的力學性能進行了

2、試驗研究，并通過有限元分析和設計性能指標的分析，建議了FRP加筋混凝土構件的設計方法，最后對FRP加筋混凝土梁橋體系進行了實例設計和分析，主要研究內容如下：
　　1.首先研究常用的材料組分、纖維體積比對FRP筋性能的影響，進行GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋，CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋和HFRP(Hybird Fiber Reinforce

3、d Polymer)筋基本力學性能的測試，并測量標距范圍內CFRP筋和HFRP筋的電阻值和應變，得到了FRP筋的抗拉強度和彈性模量等指標以及CFRP和HFRP筋的自感知性能。通過靜力學的試驗研究，確定適當材料組分的FRP筋，對FRP筋進行產(chǎn)品定型。
　　2.對定型的CFRP筋進行了疲勞性能的試驗研究。通過疲勞性能試驗曲線、曲線擬合、疲勞損失機理分析和與鋼筋疲勞性能的對比分析，表明CFRP筋具有優(yōu)越的疲勞性能。對FRP筋進行了抗酸、

4、抗堿、抗鹽腐蝕及凍融性能試驗，得到了介質腐蝕和凍融循環(huán)對FRP筋極限拉伸強度和彈性模量的性能退化影響和定量衰減量。試驗結果表明：除了堿性環(huán)境外，GFRP筋具有很好的耐酸鹽介質腐蝕與凍融的性能，而CFRP筋具有比GFRP筋更好的耐酸鹽介質腐蝕與凍融的性能，同時還具有很好的耐堿性介質腐蝕性能。
　　3.試驗研究了FRP筋以及FRP加筋混凝土短柱的受壓性能。試驗測試了FRP筋在沒有約束條件下的抗壓強度、抗壓彈性模量以及試驗測試和分析了F

5、RP加筋混凝土短柱在軸心受壓荷載下的極限承載力、荷載-變形關系和破壞形式，并與鋼筋混凝土短柱受壓試驗結果進行了比較。研究結果表明：在沒有約束的條件下，GFRP筋的抗壓強度高于CFRP筋的抗壓強度；在有約束的條件下，CFRP加筋混凝土短柱的抗壓承載力高于GFRP加筋混凝土短柱的抗壓承載力；FRP加筋混凝土短柱的抗壓承載力高于鋼筋混凝土短柱的抗壓承載力；FRP加筋混凝土短柱的協(xié)同工作性和鋼筋混凝土短柱的協(xié)同工作性相比較差。
　　4.通

6、過對FRP加筋混凝土簡支梁進行三分點靜力加載試驗，研究了FRP加筋混凝土梁在各級荷載作用下的開裂形式、破壞形式、極限承載力、荷載-變形特性，提出了FRP加筋混凝土梁的變形、極限承載力的計算公式；用ANSYS進行有限元的建模分析與試驗結果進行對比和分析，得到了適合FRP加筋混凝土梁的設計方法。根據(jù)FRP筋與傳統(tǒng)結構材料受力性能的差異，對受彎構件的性能指標和安全儲備問題進行了研究，指出了FRP加筋混凝土結構安全儲備包括變形儲備和承載力儲備，