浅论frp筋力学性能及其混凝土梁受弯性能研究

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1、天津大学博士学位论文FRP筋力学性能及其混凝土梁受弯性能研究姓名：徐新生申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：王铁成20070501摘要钢筋锈蚀是结构丧失承载力，影响预期使用寿命的主要因素，也是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要问题。碳素、芳纶、玻璃等高性能连续纤维具有耐腐蚀、重量轻、强度高、抗电磁辐射、抗疲劳等一系列优良特性，采用拉挤工艺制成的FRP筋(FiberReinforcedPlastics)可以替代或部分替代钢筋用于混凝土结构工程中，具有很高的开发价值。但是，FRP筋是弹性体，到达抗拉极限强度时突然断裂，用于普通混凝土梁时，没有屈服点和塑性阶段

2、，会发生脆性破坏。因此，．研究FRP筋力学性能及其混凝土梁抗弯性能，分析FRP筋混凝土梁在荷载作用下的弯曲性能和破坏机理，对结构设计具有重要的意义。本文研究了FRP筋的成型方法、锚固方法，研制开发了新的FRP筋；进行了FRP筋基本力学性能和FRP筋混凝土梁抗弯性能试验分析，对FRP筋混凝土受弯构件的受力变形全过程进行了有限元分析，结果表明：1．与钢筋相比，FRP筋抗拉强度高(本文CFRP筋抗拉强度为1779MPa，GFRP筋为993MPa)，弹性模量低，延伸率小；单一纤维FRP筋拉伸破坏为断裂破坏，应力．应变关系破坏前基本呈直线关系，无明显的塑性阶段；提出了应

3、力．应变本构模型及设计指标。2．两种抗拉强度、延伸率和极限应变均不相同的纤维混杂形成的HFRP筋，只要低延伸率纤维的体积数低于其临界体积数，二者混杂后的应力．应变关系就会出现类似于钢材的“屈服平台’’；给出了HFRP筋临界体积数、抗拉强度、弹性模量设计公式。3．研究了FRP筋混凝土梁变形特征和破坏机理，截面应变基本符合平截面变化；初始裂缝宽度大，开展位置高，裂缝发展较快，分布均匀；挠度变化大，荷载．挠度曲线近似双直线变化；FRP筋的抗拉刚度(弹性模量×截面积)和梁的截面高度对挠度影响较大，混凝土强度和荷载类型的影响较小。4．FRP筋混凝土梁破坏分为两种破坏模式

4、，基于平截面假定，提出了两种破坏模式下FRP筋混凝土梁正截面承载力计算公式；以双直线的弯矩．曲率关系模型为基础提出了挠度计算公式，与试验结果吻合较好。提出的FRP筋混凝土梁的设计方法可作为FI心筋混凝土梁的设计参考。关键词：FRP筋，复合材料，混凝土结构，混杂效应，数值分析，拉伸性能，锚固，受弯性能ABSTRACTTheerosionofsteelbars，whichcallresultinthefailureofbearingcapacityoftheRCstructures．hasalsobeenconsideredtobeachieffactortOaf

5、fectthelirespanandthedurability嬲well．Therefore．high-performancefibersincludingcarbonandglass，withlightwei曲t，hi曲strength,resistancetoerosion,fatigueorelectro-magneticradiation，whichCanbemadeintoFRPbarswithspecialtechnique．callreplacesteelbarsinconcretestructures．However,asatypeofelas

6、ticmaterial．itssuddenrupturewithoutanyyieldingpointorplasticpropertyintheultimatestageoftensionwillcausetheunexpectedfailureofflexuralmembers．ItisofgreatimportancetostudymechanicalpropertyofFRPbarsaswell勰theflexuralpropertyandfailuremechanismofFRP．reinforcedconcretebeams．Inthispaper

7、,themanufacturingandanchorageoftheFRPbarsarestudied,andanewtypeofFRPbarisreserchedanddeveloped．ExperimentsareconductedtostudythemechanicalpropertyofFRPbarsandtheflexuralpropertyofFRP．reinforcedconcretebeams．WealsomakeFEManalysisofthewholeprocessofthedeformationofthebeams．Itisindicat

8、edthat：1．Incontrast