GFRP管约束超高性能混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

研究玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced plastic,GFRP)管约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)单轴受压力学性能,通过对4个无约束对比试件和11个GFRP管约束UHPC试件进行轴心受压试验,分析了GFRP管壁厚、UHPC中钢纤维掺量对约束试件应力-应变关系的影响规律。试验结果表明:GFRP管约束条件下,UHPC试件的极限强度和极限应变显著提升,管壁越厚,极限强度提高幅度越大,呈线性增长关系。在UHPC中掺入钢纤维能够提高未约束UHPC试件的强度和韧性,降低约束试件的脆性,避免破坏时核心UHPC的碎裂。钢纤维掺量为1%时,对约束试件的极限强度提高效果最好。基于试验结果,拟合得到GFRP约束条件下UHPC的极限抗压强度计算公式和极限应变计算公式,与试验结果吻合较好,能够为GFRP约束UHPC的实际工程应用提供参考。     

不同配筋率下中空GFRP管钢筋混凝土柱的性能研究

鉴于国内外对GFRP混凝土柱已有的研究结果,提出了中空GFRP钢筋混凝土柱这一新型结构。设计3个中空GFRP钢筋混凝土柱,通过静力试验方法考察了3种配筋率下构件的受压能力。同时,结合有限元软件ANSYS对试件进行了仿真分析。结果表明,试件的承载力随着配筋率的增大而增大,但承载力的变化幅度与纵向钢筋面积的变化幅度不呈线性关系;组合柱的约束能力随着配筋率的增大先增大后减小;该新型组合柱纵向钢筋配筋率为0.9%时承载力最大,GFRP管对核心混凝土的约束能力最大。     

GFRP筋混凝土大偏心受压柱试验研究

为了探寻GFRP筋混凝土大偏心受压柱的破坏机理和设计方法,完成了5根GFRP筋混凝土柱的大偏心受压试验,展现了GFRP筋混凝土大偏心受压柱从开始加载到破坏的全过程。重点分析了GFRP筋混凝土偏心受压柱在受拉区混凝土达到限值裂缝宽度0.5 mm时和受压区混凝土压碎时的状态,并对5根GFRP筋试件进行了有限元仿真分析。结果表明:GFRP筋混凝土大偏心受压柱的破坏模式是受拉区混凝土先达到限值裂缝宽度,然后受压区混凝土才被压碎;当受压区混凝土被压碎时受拉区裂缝宽度已经远远超过了限值0.5 mm,说明GFRP筋混凝土大偏心受压柱的设计极限状态是由裂缝宽度控制的。最后,得出了设计极限状态下受压区混凝土的压应变值,为GFRP筋混凝土大偏心受压柱的配筋计算提供了理论依据。     

GFRP 筋混凝土短柱偏压性能试验研究

进行了3组玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋混凝土短柱偏心受压破坏试验,对GFRP筋混凝土偏心受压柱的破坏形态、侧向挠度、内部筋体应变与混凝土表面的应变等试验结果进行了分析。结果表明：GFRP筋混凝土柱的破坏形式为受压破坏,随着初始偏心距的减小,GFRP筋混凝土柱的承载力有增大趋势;GFRP筋作为受压筋与混凝土的协同作用良好,且试件加载时的初始偏心距越小,混凝土与GFRP筋的协同作用越好;GFRP筋有较好的抗压性能,作为受力筋应用到混凝土受压构件中有很大的优越性。     

GFRP筋纤维混凝土圆柱轴压性能研究

为研究配筋种类、纵筋配筋率、箍筋间距和箍筋直径对纤维混凝土柱轴压性能的影响,对7个玻璃纤维增强聚合物、筋聚乙烯醇纤维混凝土柱、1个钢筋PVA纤维混凝土柱和1个未配筋PVA纤维混凝土柱进行轴压试验。通过研究试件的破坏过程和破坏形态,建立了轴压承载力、峰值强度、峰值应变计算公式,得到适合GFRP筋约束纤维混凝土的轴压应力-应变本构模型。研究结果表明:GFRP筋纤维混凝土柱和钢筋纤维混凝土柱破坏过程和破坏形态相似;提高GFRP纵筋配筋率能显著提高试件轴压承载力;减小箍筋间距或保持配箍率不变时减小箍筋直径能显著提高试件延性,但对约束效率的提高作用较小。     

高温后GFRP方管力学性能试验研究

为研究高温后GFRP方管力学性能的退化规律,截取GFRP方管局部制成试件,通过20～400℃温度的拉伸、压缩试验,分析高温后GFRP试件的力学性能变化与破坏模式,并结合Weibull模型对高温后GFRP试件的拉伸、压缩强度进行统计分析。结果表明：GFRP试件在400℃后的颜色与形状发生显著变化,试件强度和弹性模量在温度低于300℃时变化较小,而400℃后出现急剧退化。Weibull模型量化了GFRP试件力学性能随温度变化的累积失效概率,为评估高温后GFRP管材性能退化离散性提供了参考。     

GFRP管混凝土组合构件偏心受压力学性能数值分析

为了研究影响GFRP管约束混凝土柱的偏心受压力学性能的因素,利用有限元软件ABAQUS建立了GFRP管混凝土柱偏心受压模型,并分析了GFRP管纤维缠绕角度、GFRP管管壁厚度、混凝土强度等级以及含钢率等因素对构件偏压力学性能的影响,对数据进行回归处理并得到偏心受压承载力公式.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合良好;增加GFRP管管壁厚度、提高混凝土强度等级以及增加含钢率均能提高组合柱偏压承载力,偏心受压承载力公式计算结果与试验结果吻合较好.     

GFRP管增强混凝土结构的轴压强度临界值

为完善和发展FRP管增强混凝土结构的设计与计算理论，在确定组合结构轴心受压时所经历的3个典型工作阶段后，运用经典层合板理论和组分材料相互约束条件，归纳出弹塑性阶段终点时约束管和核心混凝土的轴向应力预测方程．在壳体与核心柱体界面无黏接力的情况下，用合成法得到GFRP管增强混凝土柱轴心受压状态下的强度临界值，从而可以预测任意组合下该种结构的工作强度．分析了各性能参数对GFRP管混凝土结构轴心受压强度设计指标的影响，结果表明，纤维缠绕角与组合结构的强度临界值之间呈非线性变化状态，且在不同的缠绕角范围内，强度临界值呈现出不同的变化趋势．而含量比与强度临界值之间存在近似线性关系，且成正比．     

轴压下GFRP管-混凝土-钢管组合柱的尺寸效应

为了研究尺寸效应对GFRP管-混凝土-钢管组合柱力学性能的影响,在满足几何相似性的条件下,利用静力加载的方法对具有不同试件尺寸、不同混凝土强度等级的8根试件的轴压力学性能进行了试验研究.对8根组合柱试件的试验破坏现象、荷载-应变曲线、极限承载力以及应力值变化进行相应的分析比较,结果表明,随着试件尺寸的增大,试件抵抗变形能力减弱且尺寸效应明显,而增加GFRP管壁厚可以提高试件承载力、增强试件力学性能、减少尺寸效应的影响.     

钢管混凝土柱-软钢板组合高墩受压性能试验

为改善传统钢筋混凝土高墩桥梁的抗震性能,基于能力设计原理和结构抗震韧性设计理念,本文提出一种可更换部件的四肢钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩。本文设计制作了1/10比例的缩尺试件,通过轴心和偏心受压试验,研究荷载偏心率、软钢板厚度等对新型组合高墩受压性能的影响。试验结果表明：新型组合高墩试件在轴压作用下,四肢钢管混凝土柱基本整体协调变形;当加载至试件破坏时,四肢钢管及软钢板均早已受压屈服,钢管套箍作用充分发挥;破坏形态呈整体弯曲失稳。在受偏心压力作用且偏心率不超过0.405时,四肢钢管混凝土柱全截面受压,组合截面纵向应变分布在弹性阶段基本满足“平截面假定”,在弹塑性阶段近似满足“拟平截面假定”;当加载至试件破坏时,破坏形态亦呈整体弯曲失稳。此外,钢系梁受力较小,仅起构造作用;而增大软钢板厚度,可有效提高新型组合高墩的截面抗弯刚度和正截面受压承载力,降低其侧向挠度;故在计算新型组合高墩的受压承载力时,应充分考虑软钢板的“结构元件”作用。     

玻璃纤维片材(GFRP)与混凝土黏结性能研究

为研究FRP与混凝土的黏结性能对结构加固效果的影响,采用单面剪切的试验方法研究GFRP与混凝土黏接性能．试验考虑的因素包括混凝土表面处理情况、混凝土的强度、GFRP的宽度、GFRP与混凝土宽度比、GFRP片材在混凝土黏结面上的黏结长度等．结果表明：混凝土强度、GFRP宽度以及黏结长度等因素对GFRP与混凝土黏接性能有较大影响．根据试验结果给出建议的GFRP与混凝土黏结强度计算公式．     

各向异性层合板损伤的实验研究

本文通过弯曲振动实验和扭转振动实验讨论了由各种载荷以及温度变化引起的损伤对复合材料的振动特性、剩余强度以及剪切弹性模量的综合影响.     

玻璃纤维和玄武岩纤维锚杆设计探讨

玻璃纤维和玄武岩纤维杆体材料具有耐腐蚀性、轻质、高强等优良特性,比钢筋或钢绞线更适于用作锚杆材料。测试玻璃纤维和玄武岩纤维杆体的物理力学性质,结合现行规范对两种材料作为锚杆的设计进行探讨。结果表明：玻璃纤维和玄武岩纤维杆体比普通钢筋等杆体材料的抗拉强度高,质量更轻,参考相关规范设计,适于作为锚杆应用于岩土工程锚固。     

GFRP筋加强混凝土的粘结性能研究

采用拔出试验研究分析了玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋和呋喃混凝土、普通水泥混凝土之间的粘结性能，比较了对GFRP筋表面进行不同方法处理后的拔出强度，并对GFRP筋加强呋喃混凝土梁进行了弯曲试验分析，结果表明当对GFRP筋表面进行缠绕纤维等处理后它与混凝土之间的粘结强度将得到较大提高，相对于普通混凝土来说GFRP筋与呋喃树脂混凝土之间具有更好的粘结性能，并且在粱中使用GFRP筋代替普通钢筋可以使梁承受更高的破坏荷栽和更好的防腐性能。     

玻璃钢筋增强树脂混凝土梁的弯曲性能研究

对玻璃钢筋增强树脂混凝土(GFRP)梁进行弯曲性能试验研究，并在现有的玻璃钢筋增强水泥混凝土梁分析模型的基础上，提出了用于玻璃钢筋增强树脂混凝土梁挠度计算的修正模型。利用该修正模型对梁内部出现微裂纹后的挠曲性能进行评估，其结果与实测结果吻合较好。     

GFRP锚杆锚固机理试验研究

为了深入研究GFRP锚杆的锚固机理,模拟实际情况制作了试验模型,进行了拉拔试验.通过对实验结果的分析和研究,获得了砂浆粘结GFRP锚杆在拉拔条件下沿杆体的轴力和剪应力分布规律以及随荷载增大的演化过程,对荷载传递的机理进行了讨论,可为同类研究参考.     

冲击载荷下复合材料层板断裂韧性的实验研究

利用Hopkinson杆加载装置,对带有单边切口的CFRP、GFRP层板试件进行冲击拉伸加载实验。根据一维应力波理论求得作用于试件上的载荷P(t)和试件加载点的位移δ(t)。根据试样中应力随时间的变化历史σ(t),再结合断裂韧性测试原理,建立动态应力强度因子KI(t)响应曲线。利用柔度变化率方法确定起裂时间,分别得到在2种加载速率下CFRP、GFRP层板的动态断裂韧性。     

玻璃纤维筋在地铁盾构始发中的应用

随着城市地铁盾构施工的发展,在盾构传统始发过程中,由于需要人工凿除钢筋混凝土围护结构,在安全、经济、生态等方面造成了一系列问题.玻璃纤维筋替代钢筋,盾构可以对其直接切削,实现了盾构的无障碍始发.以北京地铁16号线某标段为工程依托,在玻璃纤维筋的设计方面采用室内试验的方法确定其力学参数.在现场施工方面,采用理论计算和施工经验结合的方法对关键节点进行了叙述.盾构直接切削玻璃纤维筋围护结构,实现了盾构的无障碍始发,取得了良好的经济效益和社会效益.     

玻璃纤维筋在地铁盾构施工中的应用

以北京地铁15号线一期工程大屯路东站为工程背景,本工程在盾构始发、接收的洞口处围护桩采用玻璃纤维筋,代替了传统的钢筋,顺利实现了盾构机直接切削围护桩通过.了解玻璃纤维筋的材料特性,以及工程施工中遇到的常见问题,经过玻璃纤维筋和钢筋搭接承载力试验,得出了满足工程要求的玻璃纤维筋和钢筋机械连接措施.对筋笼吊点的设定进行了理论计算,并提出了较为合理的起吊方法.     

玻璃纤维筋拉伸力学性能试验研究

鉴于玻璃纤维筋在物理力学性能上与钢筋的差异,通过对玻璃纤维筋进行普通拉伸试验,探索玻璃纤维筋在拉伸下的力学性能.并与钢筋做比较,为玻璃纤维筋混凝土结构的研究提供参考和理论依据.