BFRP筋纤维混凝土梁裂缝分析研究

针对BFRP筋混凝土结构受弯时出现裂缝较大的特点,在BFRP筋混凝土梁中加入短切玄武岩纤维,探究了其裂缝的改善情况,并完成了3种纤维体积掺量和3种配筋率下的BFRP筋纤维混凝土梁的抗弯试验,得出了玄武岩纤维体积掺量和配筋率对BFRP筋纤维混凝土梁裂缝的影响规律。     

玄武岩纤维复材筋钢纤维再生混凝土梁受弯试验及抗弯承载力计算

通过对7根玄武岩纤维复材(BFRP)筋钢纤维再生混凝土梁的受弯试验,研究不同钢纤维体积掺量和BFRP筋配筋率对其受弯性能的影响。结果表明:钢纤维体积掺量和配筋率均对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的抗弯承载力有一定程度的影响。相较于未掺钢纤维的BFRP筋再生混凝土梁,钢纤维体积掺量为1.0%的试验梁的初裂荷载和极限荷载分别提高了32.8%和18.2%。随着BFRP筋配筋率的增加,BFRP筋再生混凝土梁抗弯承载力显著增加。还在试验基础上结合相关现行技术标准,对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的受弯承载力、挠度、裂缝宽度进行分析计算,并对计算值与试验结果进行对比分析。     

玄武岩纤维筋透水混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究配筋率对梁抗弯性能的影响,设计并制作6根相同截面形式、不同配筋率的玄武岩纤维筋透水混凝土梁,并进行三分点加载试验,分析加载过程中试验梁正截面抗弯承载力、跨中挠度、玄武岩纤维筋与透水混凝土变形协调性及裂缝变化情况。研究结果表明,试验梁基本满足平截面假定;超筋状态是试验梁工作常态;增大玄武岩纤维筋配筋率不能有效提高试验梁开裂弯矩;试验梁正常使用极限状态发生先于承载能力极限状态,进行正截面抗弯承载力设计时,应优先以正常使用极限状态为设计准则;为保证结构设计经济性与合理性,玄武岩纤维筋透水混凝土梁正常使用极限状态应调整为跨中挠度≤L_0/100、最大裂缝宽度≤1mm。     

玄武岩纤维筋海砂混凝土梁受弯性能试验研究

用玄武岩纤维(BFRP)筋替代钢筋作为未经淡化处理的海砂混凝土结构的受力筋材,进行了2种强度和4种配筋率的BFRP筋海砂混凝土梁的实验研究,包括海砂混凝土材料的抗压性能、海砂混凝土梁构件的受弯性能,对梁的开裂荷载、极限承载力、裂缝宽度、破坏形态、荷载-挠度曲线等进行了分析,探讨了混凝土强度和配筋率对梁承载力的影响,并给出设计建议。     

GFRP筋海砂混凝土梁受弯性能试验研究

河砂过度开采对生态环境造成了严重的影响,用海砂代替传统混凝土中的河砂,可以解决河砂资源缺乏的问题。但是海砂中含有大量的氯离子,对钢筋具有很强的腐蚀性,而纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)具有优良的耐腐蚀性,能很好地与海砂混凝土共同工作。为探索GFRP筋海砂混凝土梁受弯性能,文中对4根GFRP筋海砂混凝土梁进行受弯试验,获得混凝土强度和配筋率对海砂混凝土梁的裂缝发展、开裂荷载和极限荷载的影响规律,结果表明提高混凝土的强度等级,对开裂荷载有显著的提升;试验梁的配筋率接近界限配筋率时,混凝土强度等级对极限荷载没有影响,同时试验梁以纯弯段为主裂缝;当配筋率远大于界限配筋率时,提高混凝土强度等级,试验梁的极限荷载有明显的提升,同时试验梁以斜裂缝为主裂缝,通过试验为GFRP筋海砂混凝土梁的设计提供参考。     

玄武岩纤维加筋梁抗弯性能试验研究

制作12根混凝土简支梁进行三分点静力加载直至破坏的试验,研究不同配筋率的钢筋和玄武岩纤维BFRP加筋混凝土简支梁的性能。试验结果表明：BFRP加筋混凝土梁荷载-挠度曲线近似为直线,但在施荷后期依然表现较好的延性;开裂荷载和极限荷载并没有得到明显提高;裂缝宽度可以控制在2.5 mm以内,裂缝间距随着配筋率的增加而减小。建...     

无腹筋玄武岩纤维复材筋再生混凝土深受弯构件抗剪性能

为研究无腹筋玄武岩纤维(BFRP)筋再生混凝土深受弯构件的破坏模式、开裂荷载、极限荷载、裂缝扩展趋势及变形性能,对9根BFRP筋再生混凝土深受弯构件进行四分点集中力加载试验。考虑影响深受弯构件抗剪性能的主要因素:剪跨比、再生混凝土抗压强度、BFRP筋配筋率、截面有效高度。在此基础上利用ANSYS建立非线性有限元模型进行对比分析。研究结果表明:有限元分析结果与试验结果基本一致;试验梁的抗剪承载力随剪跨比的增大而减小,随纵向BFRP筋配筋率、截面有效高度和再生混凝土抗压强度的提高而呈上升趋势;模拟较好地反映了裂缝发展趋势及BFRP筋的应变;但试验梁的荷载-变形曲线与模拟结果有一定偏差,仍需进一步研究。     

混杂纤维自密实混凝土梁受弯性能的试验研究

在纤维自密实混凝土工作性试验的基础上,对7组无筋混杂纤维自密实混凝土梁和5组混杂纤维增强低配筋率的钢筋自密实混凝土梁受弯性能进行试验研究,并分析纤维类型和纤维长径比对梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载以及弯曲韧性的影响。结果表明:梁的弯曲韧性随着纤维长径比的增加而增加,混杂纤维混凝土梁的弯曲韧性优于钢纤维,两种纤维协同作用时具有很好的正混杂效应;与最小配筋率的钢筋混凝土梁相比,纤维的掺入明显地改善了梁的屈服荷载和极限荷载,掺有(40+4)kg/m3混杂纤维并按最小配筋率配筋的梁的极限荷载与仅按1.5倍最小配筋率配筋的梁相当。     

玄武岩纤维筋海水海砂混凝土梁承载性能及使用性能影响因素研究

为提升玄武岩纤维（BFRP）筋海水海砂混凝土梁的承载性能和使用性能,提出采用纤维编织网增强水泥基复合材料 (textile reinforced ECC, TRE)复合层替代受拉区部分混凝土来限制裂缝和挠度发展。研究参数包括配筋率、截面高度、筋材直径和TRE复合层。结果表明:增大配筋率(或轴向刚度)和截面高度可提高承载力、减小挠度和裂缝宽度;采用直径较小的BFRP筋可减小裂缝宽度,但对承载力和挠度无显著影响;TRE复合层可在一定程度上提高梁的开裂荷载和承载力。此外,TRE复合层能有效地延缓梁的刚度退化,减小梁在使用阶段的挠度和裂缝宽度,其效果随着复合层厚度和纤维编织网层数的增加而越发明显。在使用荷载作用下,TRE复合梁的挠度值和裂缝宽度较未复合梁的最大值分别减小63.2%和71.3%。最后,基于截面分析法给出了TRE复合梁的承载力计算方法和最优配网率公式,承载力计算值与试验值吻合良好,相对误差总体处于16%以内。     

玄武岩纤维复材筋混凝土梁受弯性能试验研究

利用玄武岩纤维(BFRP)复材筋等强度替代钢筋、等截面替代钢筋以及与钢筋混合配筋形式制作混凝土简支梁,对其进行受弯性能试验,研究不同配筋形式和不同配筋率对梁受弯性能的影响,分析混凝土简支梁的跨中挠度、裂缝分布及宽度、受拉筋应变和承载力,通过对比试验值和理论值,分析试验梁破坏模式。结果表明:在相同荷载作用下,BFRP筋混凝土梁的挠度大于钢筋混凝土梁,而混合配筋混凝土梁介于两者之间;相同配筋率时,BFRP筋混凝土梁的承载力比钢筋混凝土梁的承载力低,尽管BFRP筋没有明显的屈服点,但混合配筋混凝土梁仍表现出较好的延性,为受压区混凝土压碎破坏,在梁完全破坏前提供明显的预兆,破坏模式为适筋破坏; BFRP筋混凝土梁和混合配筋混凝土梁的截面都基本满足平截面假定。     

CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯性能试验研究

通过7根碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土短梁受弯试验,研究了混凝土强度、纵筋配筋率和纤维布层数对加固短梁受弯性能的影响。试验结果表明:随纵筋配筋率和纤维布层数增加,加固短梁的破坏逐渐向超筋梁特征发展;跨高比为4的短梁均较符合平截面假定;随纵筋配筋率的增加,相同加固量的短梁延性逐渐减小;随纵筋配筋率和纤维布层数的增加,加固短梁的极限荷载显著提高。     

长期持荷后玄武岩纤维增强聚合物筋钢纤维高强混凝土梁在重复荷载下的变形性能

为了研究经历长期持荷后的玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋钢纤维高强混凝土梁在重复荷载作用下的变形性能,进行了7根BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯试验,分析BFRP筋配筋率、钢纤维体积率以及加载水平等因素对梁的变形性能的影响。结果表明:经过10次卸载、加载循环后,受力BFRP筋与混凝土之间的黏结性能没有发生退化;荷载水平、钢纤维掺量及BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的加载-卸载挠度曲线及挠度恢复能力有不同程度的影响;BFRP筋钢纤维高强混凝土梁具有较高的变形恢复能力和良好的抗重复荷载性能。     

配筋率对高强钢筋UHPFRC梁抗剪性能的影响

为了研究HRB500级高强钢筋超高性能纤维混凝土简支梁的抗剪性能,通过改变纵向受力钢筋配筋率和剪跨比,对6根在集中荷载下的UHPFRC简支梁进行受剪破坏试验,对比分析不同剪跨比下配筋率对试验梁破坏形态、斜裂缝宽度、开裂荷载和极限荷载等的影响。研究结果表明:在试件的加载过程中,试验梁的腹剪斜裂缝发展成临界斜裂缝;纵筋率对试验梁的破坏形态有一定影响,对斜裂缝的开展有一定的抑制作用;随着纵筋率的提高,开裂荷载增大,斜裂缝宽度在相同荷载下减小,主斜裂缝的倾角减小。     

玄武岩纤维增强聚合物筋钢纤维高强混凝土梁受弯试验及裂缝宽度计算方法研究

纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土梁受弯挠度过大、裂缝过宽等缺陷严重影响其正常使用性能，为此，将具有优良抗裂与阻裂性能的钢纤维混凝土用于FRP筋混凝土梁，可以有效限制其挠度与裂缝的发展。通过12根玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋/钢筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验，研究了钢纤维体积率、受拉区钢纤维高强混凝土层厚度、BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁裂缝分布与宽度的影响。结果表明，钢纤维的加入能够有效抑制BFRP筋高强混凝土梁的裂缝开展，减小裂缝间距、宽度和裂缝宽度差异性，当荷载为100 kN时，钢纤维体积率为0.5%~2.0%的钢纤维高强混凝土梁的裂缝宽度减小了25.22%~54.78%，裂缝宽度标准差减小了10.00%~68.18%；当受拉区钢纤维混凝土层厚度达到梁截面高度的57%时，其阻裂与限裂效果与全截面掺加钢纤维的效果接近，表明在受拉区中掺加钢纤维以限制BFRP筋混凝土梁裂缝的发展是经济可行的。基于试验和相关文献研究结果，提出了考虑钢纤维影响的BFRP筋钢纤维高强混凝土梁最大裂缝宽度的建议计算方法，该建议方法的计算值与试验值吻合良好。     

BFRP筋再生混凝土无腹筋梁开裂荷载试验研究

通过对9根BFRP筋再生混凝土无腹筋梁的抗剪性能试验,研究了BFRP筋配筋率、剪跨比、截面高度和混凝土抗压强度对开裂荷载的影响。试验表明:BFRP筋再生混凝土梁的开裂荷载随着剪跨比的增大而逐渐减小;一定范围内,提高再生混凝土抗压强度、BFRP筋配筋率和截面高度能增大试验梁的开裂荷载。将试验梁的开裂荷载试验值与三种不同开裂荷载计算方法得到的理论值进行比较分析,得出当前的开裂荷载计算方法已经不再适合BFRP筋再生混凝土无腹筋梁开裂荷载的计算。     

碳纤维布加固玄武岩纤维复材筋工程用水泥基复合材料混凝土梁的受弯性能

设计制作了三组不同层数的碳纤维布(CFS)加固受弯构件,分别为玄武岩纤维复材(BFRP)筋混凝土梁、BFRP筋工程用水泥基复合材料(ECC)梁和BFRP筋ECC-混凝土复合梁,并对其进行受弯性能试验研究。研究了碳纤维布粘贴层数对加固试件极限荷载、破坏形态、裂缝和变形的影响。结果表明:相同荷载下,复合梁和ECC梁试件的变形和裂缝宽度均小于普通混凝土梁试件。在受弯构件受拉区配置ECC可有效提高构件抵抗变形和裂缝的能力。经粘贴碳纤维布加固后的试件的开裂荷载和极限荷载均大于未加固试件,粘贴一、二、三层CFS加固的复合梁极限荷载较未加固梁分别增加了12. 5%、16. 6%、19. 7%。粘贴CFS布可有效提高构件的承载力和抵抗变形、裂缝的能力。改善效果随CFS粘贴层数的增加而增大,但提升幅度逐渐减小。     

钢-纤维复合纵筋和玄武岩纤维复合纵筋混凝土梁受剪承载力试验研究

为了研究纵筋分别采用钢-纤维复合筋（SFCB）和玄武岩纤维复合筋（BFRP筋）的混凝土梁受剪性能,以普通钢筋混凝土梁作为对比,设计并开展了46根梁的受剪承载力试验,变化参数为剪跨比、纵筋配筋率和有无箍筋。试验结果表明:三种纵筋梁的受剪承载力均随着剪跨比的减小而增大;SFCB梁的受剪承载力随着纵筋配筋率的增大也增大。此外,提出广义销栓作用影响系数的概念,推导其计算式,用于评价复合纵筋和玄武岩纵筋对混凝土梁受剪承载力的贡献,并据此建立受剪承载力计算式。经与国内外共223组混凝土梁(纵筋为钢筋、BFRP筋和SFCB等)受剪试验数据对比,验证所提广义销栓作用受剪承载力计算式的正确性。在此基础上,采用与钢筋混凝土梁受剪承载力规范公式相近的安全度,建议了适用于纵筋为复合筋和玄武岩筋的混凝土梁受剪承载力设计公式。     

玄武岩纤维增强材料筋混凝土梁试验及开裂弯矩计算

通过对5根玄武岩纤维增强材料(BFRP)筋混凝土梁的受弯性能试验,研究BFRP筋配筋率和混凝土强度对开裂弯矩的影响规律。基于普通钢筋混凝土梁开裂弯矩计算方法,结合混凝土受拉应力-应变关系,给出截面抵抗矩塑性影响系数关于配筋率和混凝土强度的关系曲线,建立BFRP筋混凝土梁开裂弯矩的计算模型。并用试验数据验证建议计算模型的正确性,结果表明:建议计算模型能有效预测BFRP筋混凝土梁的开裂弯矩。     

BFRP筋再生混凝土无腹筋梁挠度试验研究

通过7根BFRP筋和3根钢筋再生混凝土无腹筋梁四分点加载试验,对比分析了纵筋种类、剪跨比、BFRP筋配筋率、再生混凝土抗压强度对BFRP筋再生混凝土梁跨中挠度的影响。结果表明:钢筋屈服前,BFRP筋梁跨中挠度随荷载增加的斜率比钢筋梁大;钢筋屈服后,BFRP筋梁荷载-跨中挠度曲线的切线刚度比钢筋梁大;在同种荷载作用下,试件的跨中挠度随配筋率的增大而减小,随剪跨比的增加而增大;再生混凝土抗压强度对试验梁跨中挠度无明显影响。参照不同设计规范对BFRP筋梁跨中挠度进行了计算,结果表明:在50%极限荷载、70%极限荷载和极限荷载下,ACI 440.1R-03规范值与试验值吻合较差,GB 50608—2010规范对挠度的计算更合理,建议采用GB 50608—2010规范对BFRP筋再生混凝土无腹筋梁跨中挠度进行计算。     

细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析

为研究配置了细晶粒高强钢筋混凝土梁的受弯性能,制作了HRBF400、HRBF500级钢筋混凝土矩形截面梁各4根进行静力抗弯试验。研究表明HRBF筋混凝土梁在短期荷载作用下的最大裂缝宽度实测值满足规范要求,但计算值不满足。HRBF400级钢筋混凝土梁在正常使用条件下的挠度能满足规范要求,HRBF500级钢筋混凝土梁不能够满足规范要求。推导了HRBF筋混凝土梁在裂缝/挠度控制条件下的承载力计算公式,提出了构件承载力利用系数的概念,分析了钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度、高跨比对构件承载力利用系数的影响。在经济配筋率范围内,HRBF筋混凝土梁的延性基本满足要求。HRBF筋混凝土梁的耗能能力在较低配筋率时与普通钢筋混凝土梁相近,但随着配筋率的提高,其耗能能力较普通钢筋混凝土梁降低的快。同配筋率下,HRBF筋混凝土梁在弹性阶段的耗能能力较普通钢筋混凝土梁要高,且随着配筋率的增大而提高。