FRP筋橡胶集料混凝土梁受弯性能试验研究

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1、FRP筋橡胶集料混凝土梁受弯性能试验研究ExperimentalStudyonFlexuralBehaviorofFRP-reinforcedCrumbRubberConcreteBeams学科专业：土木工程作者姓名：王菲指导教师：赵秋红教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要由于纤维增强复合筋（FiberReinforcedPolymer，简称FRP筋）轻质高强、耐腐蚀性能良好等优越性能，将其代替钢筋用于增强混凝土结构中，可解决钢筋腐蚀造成的混凝土结构耐久性问题。而由于FRP筋为弹性模量较低的线弹性材料，FRP筋混凝土梁相比

2、钢筋混凝土梁在使用状态下裂缝加宽、挠度增大，且破坏时呈脆性特征。橡胶集料混凝土（CrumbRubberConcrete，简称CRC）是一种将橡胶微粒掺入水泥混凝土中制得的新型环保混凝土，具有良好的抗裂性能和变形能力。将FRP筋与橡胶集料混凝土相结合，有望充分利用橡胶集料混凝土良好的变形能力和FRP筋的抗拉强度，提高FRP筋混凝土梁的抗裂性能，改善其脆性破坏特征，进一步推动FRP筋混凝土结构的应用及发展。本文研究了FRP筋和等强设计的橡胶集料混凝土的材料力学性能，设计6根混凝土简支梁，探究梁在两点单调对称荷载作用下的受弯性能；利用大

3、型通用软件ABAQUS对FRP筋橡胶集料混凝土梁进行了数值模拟和参数分析，讨论了橡胶掺量、配筋率、混凝土强度等级和截面高度等因素对FRP筋橡胶集料混凝土梁受弯性能的影响；同时结合理论计算结果，提出FRP筋橡胶集料混凝土梁的设计建议。结果表明：（1）通过配合比优化设计和橡胶颗粒改性处理的方法，可以得到与普通混凝土等强的橡胶集料混凝土。将等强设计的橡胶集料混凝土应用于FRP筋混凝土梁中，通过梁的受弯试验发现，与FRP筋普通混凝土梁相比，FRP筋橡胶集料混凝土梁的极限受弯承载力提高，抗裂性能提高，变形能力增大，延性破坏特征更加明显。（2

4、）利用ABAQUS可以较好地模拟分析FRP筋橡胶集料混凝土梁的受弯性能。橡胶掺量增加可提高FRP筋混凝土梁的开裂荷载达28%，提高极限受弯承载力最高可达10%，可改善梁破坏时的脆性特征。增大配筋率可提高梁的抗弯刚度、极限受弯承载力，对梁的开裂荷载影响有限，且配筋率不可无限增大。混凝土强度等级主要影响梁的开裂荷载，对极限状态的影响有限；截面高度较大时，梁的跨中挠度更易满足要求。（3）FRP筋橡胶集料混凝土梁的截面应变近似服从平截面假定。针对FRP筋普通混凝土梁的规范建议公式对FRP筋CRC梁的开裂弯矩、跨中挠度、裂缝宽度、延性指标等

5、的适用性做出了评价，提出了FRP筋CRC梁的极限受弯承载力计算公式，并给出了FRP筋CRC梁的设计建议。关键词：FRP筋，橡胶集料混凝土，本构模型，受弯性能试验，非线性有限元分析IABSTRACTFiberreinforcedpolymerbars(FRPbars)arelightweightwithhightensilestrengthandgoodcorrosionresistance.Theycouldbeusedinreinforcedconcretestructuresinsteadofsteelbarsandsolve

6、thedurabilityissueassociatedwithsteelbarcorrosion.However,sinceFRPbarsarelinearelasticmaterialwitharelativelylowerelasticmodulus,FRPreinforcedconcretebeamsmighthavemuchwidercracksandhighermidspandeflectionsundertheserviceabilitylimitstate,withabrittlefailuremode.Crumb

7、rubberconcrete(CRC)isanewtypeofenvironmental-friendlyconcretematerial,whichismadeupofPortlandcementconcreteaddedwithrubberparticles,withgoodcrackresistanceanddeformability.ThecombinationofFRPbarsandCRCisaimedatmakingfulluseofthegooddeformabilityofCRCandthehightensiles

8、trengthofFRPbars,thusincreasingthecrackresistanceandimprovingthebrittlefailuremodeofFRPreinforcedconcretebeams,whichcanfurth