FRP筋混凝土结构的研究现状分析

近年来,国内外就FRP筋自身的力学特性以及FRP筋混凝土结构的力学性能开展了大量研究。FRP筋耐久性能、FRP筋与混凝土的粘结机理、FRP筋混凝土梁和柱的受力性能、FRP筋混凝土柱和框架的抗震性能是目前研究的主要方向。现有研究表明:大部分受弯构件中使用FRP筋作为纵向受拉筋能充分发挥其抗拉性能,但结构易发生脆性破坏,现有规范的计算方法不适用于该类构件的计算;FRP筋替代钢筋作为柱中主要受力筋会导致抗压强度和延性不如普通钢筋混凝土柱;纤维改性混凝土能够显著提高FRP筋混凝土构件的延性,FRP筋和钢筋的混合配筋柱的抗震性能要明显优于FRP筋柱。下一步研究中,应建立可靠的FRP材料及构件的耐久性测试和评估方法;改善FRP筋与混凝土,尤其是改性混凝土之间的粘结性能;完善现行规范中FRP筋承载力计算方法;建立FRP筋构件抗震设计体系。     

FRP筋混凝土柱及框架抗震性能的研究进展

与普通钢筋相比,FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀性能好等优点,但是FRP筋弹性模量较低、为线弹性材料、破坏时脆性大等特性限制了其在混凝土柱,特别是在地震地区结构工程中的应用。介绍了国内外关于FRP筋混凝土柱及框架抗震性能的研究成果,其中包括试验研究和数值模拟研究。国内外研究表明,FRP筋取代钢筋应用于混凝土柱、混凝土框架及其节点是可行的。通过适当配置FRP筋,保证其在弹性范围内工作,则FRP筋混凝土结构能够获得较大的延性和变形能力。最后建议研究FRP筋混凝土柱的破坏模式、抗剪承载力计算、延性评价和设计理论等。系统研究FRP筋混凝土柱基本理论和设计方法具有重要的理论意义和实用价值。     

高温(火灾)下FRP筋混凝土构件力学性能研究进展

钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性降低的重要原因。FRP筋具有轻质、高强和耐腐蚀等优异特性,因而有望成为传统钢筋的补充材料。FRP筋混凝土构件在服役过程中会受到高温(火灾)环境的威胁,因而FRP筋及FRP筋混凝土构件在高温(火灾)作用下的力学性能是其应用于实际工程时所面临的重要课题。综述了国内外FRP筋及FRP筋混凝土构件高温力学性能的研究成果,包括FRP筋的高温力学性能、高温对FRP筋-混凝土粘结强度的影响及FRP筋混凝土构件抗火设计方法,并对相关文献的试验数据与理论成果进行了分析和总结,指出了未来需进一步研究的方向。     

FRP筋混凝土梁抗剪性能的研究进展

与普通钢筋相比,FRP筋具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、重量轻、弹模低等优点,较适用于特殊环境下的混凝土结构。但是FRP筋的横向强度很低,因此,关于FRP筋混凝土结构的抗剪性能是国内外工程领域非常关注的一个问题。本文分别介绍了国内外关于非预应力和预应力FRP筋混凝土结构抗剪性能研究的主要成果,并对今后拟开展的研究工作提出了建议。     

FRP筋加固砌体结构界面粘结性能的研究现状

表面嵌入式(NSM)加固法为纤维增强塑料筋(FRP筋)加固砌体结构常用的方法,FRP筋脱粘破坏为其首要的破坏形态,研究FRP筋与砌体间的粘结性能和脱粘机理成了这项加固技术的关键。综述了国内外学者关于拉拔试验、界面剪切试验、弯曲试验以及数值模拟的研究进展,对NSM-FRP筋加固砌体结构的界面粘结性能进行了研究。研究发现加固砌体结构的变形能力、能量耗散能力和延性得到了显著增加,增加FRP筋的埋设深度可以有效提高脱粘荷载。最后使用收集到的试验数据对各种粘结性能相关公式进行了校核,对今后拟开展的研究提出了建议。     

纤维增强塑料筋混凝土黏结强度影响因素研究综述

随着时代的发展,钢筋混凝土结构的应用已经得到广泛推广,但钢筋腐蚀问题也日益突出。国内外学者对纤维增强塑料(FRP)筋作为钢筋替代材料在混凝土的应用试验研究中,取得了一定成果,对FRP筋混凝土黏结强度影响因素规律进行总结归纳,为将来FRP筋的生产制作及FRP筋混凝土结构应用提供参考。     

FRP筋海水海砂混凝土研究现状综述

海砂混凝土和纤维增强复合材料筋（FRP筋）的组合应用是避免传统钢筋混凝土结构锈蚀破坏的有效途径。该文介绍了FRP筋、海砂混凝土、海水海砂混凝土和FRP筋海水海砂混凝土的研究现状和应用情况,指出FRP筋海水海砂混凝土尚需研究的问题。FRP筋海水海砂混凝土的研究和应用,能为我国沿海建筑用砂紧缺和岛礁建筑等海洋开发提供新的建设思路。     

玄武岩FRP筋混凝土梁抗弯性能试验研究

通过6根玄武岩FRP筋混凝土梁与6根钢筋混凝土梁静力加载对比试验,研究不同纵筋配筋率的玄武岩FRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的受力性能,分析其承载力变化过程、破坏形态、挠度变形与裂缝发展情况。试验结果表明,玄武岩FRP筋混凝土梁载荷–挠度曲线近似为直线,但仍然具有较好的延性;开裂载荷与极限载荷相比钢筋混凝土梁略低;裂缝宽度在2.5 mm以内,且分布对称均匀,裂缝间距略大于钢筋混凝土梁;玄武岩FRP筋混凝土梁产生的挠度较大,应提高玄武岩FRP筋与混凝土之间的粘结性能,最大限度发挥玄武岩FRP筋抗拉强度高的特点。     

FRP筋与混凝土粘结性能研究进展

基于国内外不利因素下FRP筋与混凝土粘结性能的研究成果,比较分析了FRP筋与混凝土间粘结性能的常见试验方法,着重介绍了高温、冻融循环、氯盐、碱液、干湿循环等多种不利因素下FRP筋混凝土的粘结滑移性能的研究进展及现状,综合分析及比较了现有研究成果并提出现有研究的不足及建议。     

纤维增强塑料筋的性能与发展

本文详细介绍了纤维增强塑料筋（Fiber Reinforced Plastic Rebar，简称FRP筋）在国内外的发展概况及其基本物理力学性能，指出了目前的纤维增强塑料筋及其混凝土构件力学性能研究中存在的问题。     

纤维塑料筋粘结强度的研究

纤维塑料筋与混凝土的粘结强度大小直接关系到构件的承载能力、裂缝开展及其它性能等。基于41个碳纤维塑料筋的拉拔试验,并综合分析其它文献的结果,对纤维塑料筋与混凝土的粘结机理、破坏机理和粘结强度进行了较为深入的研究。同时对纤维塑料筋与水泥浆和环氧树脂的粘结强度也进行了探讨。     

Experimental study on bond strength of fiber reinforced polymer rebars in normal strength concrete

The bond behavior of reinforcing bars is an important issue in the design of reinforced concrete structures and the use of fiber reinforced polymer (FRP) rebars is a promising solution to handle the problems of steel reinforcement corrosion. This study investigates the bond characteristics of carbon and aramid FRP (CFRP and AFRP) bars embedded in normal strength concrete. A pullout test was performed on 63 normal strength concrete specimens reinforced with FRP and steel rebars with different embedment lengths and bar diameters. The average bond stress versus slip curve is plotted for all specimens and their failure modes are identified. The effects of the embedment length and diameter of an FRP rebar on its bond strength are examined in this work. The bond strengths obtained from the test results are compared with the predictions by the bond strength equation proposed by Okelo and Yuan (2005), and its validity is evaluated.     

氯盐干湿循环作用下嵌入式CFRP筋与混凝土界面粘结性能研究

海岛工程建设中,潮汐作用下的海水干湿循环是影响纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构耐久性能的主要因素之一。针对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋嵌入法加固混凝土结构,通过CFRP筋从混凝土块中的拔出试验研究高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRC)和环氧树脂胶作为加固粘结材料时,海水干湿交替循环作用下嵌入式CFRP筋与混凝土界面的粘结性能,并对其破坏模式、极限粘结承载力进行分析。结果表明:环氧树脂胶作为粘结材料时,随干湿交替循环次数的增加,极限粘结承载力略有下降;而HPFRC作为粘结材料时,干湿循环90 d内的极限粘结承载力得到持续增长,可以达到作为粘结材料时极限承载力的70.3%,因此HPFRC可以作为粘结材料应用于潮汐环境下的FRP筋嵌入法加固海工混凝土结构中。     

基于细观力学的延性构件的设计

本文阐述了依据细观力学原理设计高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)的原则。普通钢筋或FRP筋混凝土构件需设置大量的箍筋保证延性。HPFRCC强度较高，受拉和受剪时延性较好，作为基体配置钢／FRP筋后，与相同配筋条件的混凝土梁相比，承载力和延性均提高。     

Numerical modelling of carbon fibre‐reinforced polymer and hybrid reinforced concrete beams in fire

Investigation on the fire resistance of fibre‐reinforced polymer (FRP) reinforced concrete (RC) is essential for increased application of FRP bars in the construction industry. Experimental tests for determining the fire resistance of RC elements tend to be expensive and time‐consuming. Although numerical models provide an effective alternative to these tests, their use in case of FRP RC structures is hindered because of the insufficient constitutive laws for FRP bars at elevated temperatures. This paper presents the details of a numerical modelling work that was carried out for simply supported carbon FRP (CFRP) and hybrid (steel‐FRP) bar RC beams at elevated temperatures. Constitutive laws for determining temperature‐dependent strength and stiffness properties of CFRP bars are proposed. Numerical models based on finite element modelling were employed for the rational analysis of beams using the proposed constitutive laws. The behaviour of concrete was simulated by means of a smeared crack model based on the tangent stiffness solution algorithm. The employed numerical models were validated against previous experimental results. The theoretical rebar stresses were calculated in both the FRP and steel bars, and the differences are discussed. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

碳/玻混杂纤维筋混凝土梁抗弯性能的试验研究

纤维增强塑料（FRP）筋作为一种钢筋的替代品在土木工程中应用日益广泛。本文针对单一纤维的FRP筋存在造价高、延性较差和弹性模量低等问题，开展了碳／玻混杂纤维复合材料筋生产工艺及其增强混凝土梁的抗弯性能的试验研究。文中列出了三种不同配比的碳／玻混杂纤维（HFRP）筋的性能指标，并给出增强混凝土梁的抗弯刚度计算模型。     

FRP布加固砌体结构界面粘结性能的研究进展

砌体结构存在着承载力低、抗震能力差等问题,所以对砌体结构的加固尤为重要。近些年在国内外兴起的纤维增强复合材料(简称FRP)以其轻质高强、耐久性好、施工方便等优点为砌体结构的加固提供了新的方向。FRP与砌体间的界面粘结性能是影响加固效果的关键因素之一。总结了国内外学者关于FRP加固砌体结构界面粘结性能的研究现状,通过收集到的试验数据对FRP加固砌体结构的极限承载力计算公式进行了校核,并对今后拟开展的研究工作提出了建议。     

玄武岩复合材料筋增强ECC受拉性能及裂缝控制机理

工程水泥基复合材料(ECC)因其高韧性和多缝开裂特性成为研究热点,纤维复合材料(FRP)因具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性好等优点而受到广泛关注。为研究玄武岩复合材料(BFRP)筋增强ECC(BFRP-ECC)的受拉性能以及筋材对基体的裂缝控制机理,考虑了基体类别和配筋率等因素,对ECC狗骨试件、BFRP-ECC和BFRP-砂浆薄板试件进行了单轴拉伸试验,同时借助数字图像相关法(DIC)技术获得了试件受拉过程中的全场应变和开裂状态,基于Richard的弹塑性应力应变公式提出了BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型。结果表明：BFRP-ECC的极限拉应力随配筋率的增加而增大;ECC基体对复合材料的受拉性能增强效果优于砂浆基体,同时以ECC为基体的复合材料在裂缝间距和宽度控制上都明显优于以砂浆为基体的复合材料;BFRP筋能增加BFRP-ECC裂缝处的桥连应力,减小裂缝间距和宽度,增加裂缝数量。本文建立的BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型与试验数据吻合良好,较好地反映了BFRP-ECC受拉应力应变关系。     

Parametric finite element analysis of FRP reinforced concrete beams in fire and design guidelines

FRP bars are made of innovative materials, and use of these bars in residential and commercial buildings and infrastructure could result in their increased applications. This requires establishment of fire resistance of the FRP bar RC. This paper describes the results of a parametric study that was carried out on hybrid and carbon FRP bar RC beams. The influence of concrete strength and load ratio on the high temperature performance of beams was investigated. The study used finite element modelling and was conducted with the help of numerical models that were calibrated previously by the authors against the data of experimentally tested beams. It was found that the beam strength and stiffness reduce in the same proportion between two consecutive load ratios and are nearly uninfluenced by the concrete strength. The amount of load was found to be a critical factor for the beam thermal resistance. Preliminary guidance for FRP RC beam design in fire situation is provided on the basis of findings of the study. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.