基于试验数据分析的FRP筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度计算方法

由于FRP筋为非金属材料,耐腐蚀性能好,我国规范规定FRP配筋混凝土受弯构件的最大裂缝宽度限值放宽至0.5 mm。但规范中的最大裂缝宽度计算公式仍然沿用普通钢筋混凝土规范中的计算公式,公式中的参数取值未经过试验数据的校核,公式适用性存疑。为此,该文从最大裂缝宽度的计算原理出发,借助近年来文献中完成的FRP筋混凝土受弯构件的实测数据,对相对黏结特性系数νi的取值、裂缝间受拉FRP筋应变不均匀系数ψ的计算、最大裂缝宽度与平均裂缝宽度的比值系数τs、长期荷载下的裂缝宽度增大系数τl以及裂缝间混凝土受拉对裂缝宽度的影响系数αc等进行了全面的校核和修订。该文提出的修正的最大裂缝宽度计算公式具有更高的可信度和合理性,可为我国规范的修订提供参考。     

FRP筋与HRB筋混合配筋混凝土梁变形及延性性能试验研究

为了研究FRP筋与普通钢筋(HRB筋)混合配筋混凝土梁变形及延性性能,选用GFRP和BFRP筋材,设计制作了8根混合配筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁,分析了试验梁裂缝以及挠度的变化情况,探讨了混合配筋混凝土梁截面延性系数的计算方法。结果表明:混合配筋混凝土梁裂缝开展机理与钢筋混凝土梁基本相同,相同荷载水平作用下挠度比钢筋混凝土梁增大约20%~90%;延性系数随着配筋率的增大和FRP筋与钢筋面积比的增大而减小,建议混合配筋混凝土梁满足延性要求时配筋率为0.8%~1.26%,FRP筋与钢筋面积比小于1.28。     

混合配筋混凝土梁抗弯性能研究

混合配筋混凝土梁将耐腐蚀的FRP筋放于截面角区或下排,将易锈蚀的钢筋放于内部或上排;适当限制FRP筋的相对比例,可以使此类梁既具有较大的刚度、较好的延性,又具有良好的耐腐蚀性能,从而延长构件的使用寿命.在前人关于钢筋混凝土梁、FRP筋梁和混合配筋梁研究的基础上,对混合配筋混凝土梁的抗弯性能,包括抗弯承载力及挠度两方面进行了分析;试图建立混合配筋混凝土梁受弯性能评估的理论分析模型和设计实用模型.通过与已有试验结果对比,分析验证了建议模型的有效性和可靠性.研究表明,本文采用的考虑受拉刚化效应的理论分析模型可以较好地模拟混合配筋混凝土梁受力全过程的荷载-挠度曲线;采用的设计实用模型可以较好地预测此类梁的承载力和正常使用荷载水平下的挠度.     

纤维增强聚合物(FRP)筋的设计与应用

1 设计原则FRP 材料的特点是各向异性和高抗拉强工、配筋方向缺乏塑性变形(yielding)。各向异性影响抗剪强度与 FRP 筋的连接作用以及与混凝土的粘结性能。为此提出的设计程序就要对混凝土采用 FRP 筋缺乏延性作出解释和说明。根据1995年版的 ACI318有关规定,强度与工作应力设计方法可继续采用。FRP 配筋、混凝土构件的设计以所需强度为基础,然后再根据可操作性能以及有关极限标准(如裂缝宽度、挠度、疲劳强度和蠕变破坏等)进行校核。在很多情况下,设计必须按使用标准进行控制。     

FRP筋-钢骨混凝土复合梁受弯性能数值模拟研究

FRP筋-钢骨混凝土复合梁是近年来提出的一种新型组合构件,钢骨的应用,有利于提高FRP筋混凝土梁的延性。为了进一步研究这种新型复合梁的受弯性能,本文在试验研究基础上,建立了FRP筋钢骨混凝土复合梁的三维数值模型,对其抗弯全过程进行了数值模拟分析,计算得到的荷载-跨中挠度曲线及裂缝形态分布等都与试验结果吻合较好。在此基础上,综合分析了配筋率、FRP筋类型及工字钢布置位置等相关参数对FRP筋钢骨混凝土梁受弯性能的影响。     

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。     

有粘结预应力FRP筋混凝土梁抗裂计算方法

关于有粘结预应力FRP筋混凝土梁的抗裂度和裂缝宽度的计算问题,目前我国现行设计规范中尚无相关规定,ACI440.1R—06规范仅给出了非预应力FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度的计算方法。分别应用我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)和ACI318—05规范中适用于普通钢筋混凝土构件的抗裂度公式,计算了国内外30根有粘结预应力FRP筋混凝土梁试件的开裂弯矩。按我国《混凝土结构设计规范》计算的开裂弯矩值与试验结果吻合良好。考虑了FRP筋等效、FRP筋的粘结性能以及环氧涂层钢筋等的影响,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的修正公式和ACI440.1R—06规范对国内外24根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验结果进行计算对比。分析结果表明,文中的计算值与试验结果更为吻合。     

FRP-钢筋混杂配筋混凝土梁抗弯性能

纤维增强复合筋(FRP筋)具有抗拉强度高,重量轻和耐腐蚀性等特点。可以更好地解决钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀问题,对提高结构的耐久性有很大的作用。FRP筋应力-应变关系为线弹性,并且FRP筋的弹性模量相对较小,单独配置FRP筋的混凝土梁的变形和裂缝较大。采用钢筋与FRP筋混杂配筋混凝土梁,相对于钢筋混凝土梁产生的挠度较小。本文介绍了FRP-钢筋混杂配筋混凝土梁的抗弯承载力、最大裂缝和挠度计算方法,为相应的工程应用提供依据。     

重复荷载作用下无粘结部分预应力高强混凝土梁正常使用阶段性能研究

通过26根无粘结部分预应力高强混凝土梁,研究了影响裂缝宽度及裂缝闭合和变形的主要因素,将无粘结部分预应力高强混凝土梁在使用荷载作用下的受力状态转化为偏心受压构件的受力状态,求解非预应力筋的应力,然后采用现有规范裂缝宽度计算公式来求无粘结部分预应力高强混凝土梁的裂缝宽度,并建立了重复荷载作用下的无粘结部分预应力高强混凝土梁裂缝宽度计算公式;应用名义拉应力建立了闭合弯矩计算公式.将预应力筋和非预应力筋对无粘结梁跨中最大挠度的影响,用无粘结配筋指标和综合配筋指标之比η和换算配筋率αpρ这两个参数来反映,并且采用与国内有关规范相一致的直接双直线法,建立了任意荷载作用下的无粘结部分预应力高强混凝土梁变形计算公式.计算结果与试验结果吻合较好.     

AFRP筋混凝土梁受弯性能试验及理论分析

通过对具有不同配筋率的AFRP筋混凝土梁受弯性能的试验研究,推导了AFRP筋混凝土梁在适筋和超筋情况下的正截面承载力理论计算公式,提出了AFRP筋混凝土梁的挠度和裂缝宽度的计算公式,为今后进一步研究和设计AFRP筋受弯构件提供了参考。     

GFRP筋钢纤维高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

完成了9根配GFRP筋和1根配钢筋的高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验,观察其破坏过程与破坏形态,分析了纤维掺量、纵筋类型、配筋率及纵筋直径等参数对试件承载能力、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响,采用美国ACI 440.1R-15、中国GB 50608—2010和加拿大CSA S806-12、ISIS-M03-07等规范中的建议模型,通过开裂弯矩、承载力、挠度和裂缝宽度等参数评估了各国规范对该类构件的适用性。结果表明：随配筋率的增大,试件破坏模式依次表现为受拉破坏、平衡破坏和受压破坏,受压区破坏面贯穿骨料内部,较为光滑;掺入钢纤维能够有效抑制混凝土裂缝开展,延缓构件刚度退化,使开裂弯矩平均提高51.71%,承载力平均提高22.10%;增大GFRP筋配筋率能够提高构件刚度,但GFRP筋直径变化对试件变形及裂缝宽度无显著影响;GFRP筋梁开裂后刚度退化较配钢筋的对比试件迅速。各国规范计算结果表明：受拉破坏试件承载力计算结果较离散,且均偏于不安全;对于平衡破坏和受压破坏的试件预测结果均偏于保守,有足够安全储备。考虑轻骨料和钢纤维对构件刚度退化规律的影响,修正有效惯性矩并给出建议挠度计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁受弯性能研究

为研究石墨烯/环氧涂层钢筋应用于混凝土构件时的性能,对3根石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁进行正截面受弯性能试验,对比分析各试验梁的承载力、挠度、裂缝和破坏形态,并将试验值与规范公式的计算值进行对比.结果 表明:石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁的受弯性能与普通钢筋混凝土梁基本相同,环氧涂层中石墨烯的掺量对...     

Flexural behavior of high-strength,steel-reinforced,and prestressed concrete beams

To study the flexural behavior of prestressed concrete beams with high-strength steel reinforcement and high-strength concrete and improve the crack width calculation method for flexural components with such reinforcement and concrete, 12 specimens were tested under static loading. The failure modes, flexural strength, ductility, and crack width of the specimens were analyzed. The results show that the failure mode of the test beams was similar to that of the beams with normal reinforced concrete. A brittle failure did not occur in the specimens. To further understand the working mechanism, the results of other experimental studies were collected and discussed. The results show that the normalized reinforcement ratio has a greater effect on the ductility than the concrete strength. The cracking- and peak-moment formulas in the code for the design of concrete (GB 50010-2010) applied to the beams were both found to be acceptable. However, the calculation results of the maximum crack width following GB 50010-2010 and EN 1992-1-1:2004 were considerably conservative. In the context of GB 50010-2010, a revised formula for the crack width is proposed with modifications to two major factors: the average crack spacing and an amplification coefficient of the maximum crack width to the average spacing. The mean value of the ratio of the maximum crack width among the 12 test results and the relative calculation results from the revised formula is 1.017, which is better than the calculation result from GB 50010-2010. Therefore, the new formula calculates the crack width more accurately in high-strength concrete and high-strength steel reinforcement members. Finally, finite element models were established using ADINA software and validated based on the test results. This study provides an important reference for the development of high-strength concrete and high-strength steel reinforcement structures.     

FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承载力的性能研究

利用FRP筋混凝土粱截面的平衡条件和变形协调条件．给出梁的平衡配筋率;分析FRP筋混凝土梁三种破坏模式,即受压破坏、受拉破坏和平衡破坏的特性;研究FRP筋混凝土梁配筋率对其正截面极限抗弯承载力的影响,并给出其影响系数。研究表明：配筋率在一定范围内,抗弯承载力随着配筋率的增大而增大;根据配筋率的不同,探讨FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承栽力的计算方法,建立与之相应的计算公式,并将计算结果与国内外文献中的部分试验结果相比较,且两者吻合较好。     

Deflection and crack-width prediction of concrete beams reinforced with glass FRP rods

Concrete beams reinforced with fiber reinforced polymer (FRP) bars exhibit large deflections and crack widths as compared to concrete beams reinforced with steel due to the low modulus of elasticity of FRP. Current design methods for predicting deflections at service load and crack widths developed in concrete structures reinforced with steel bars may not be used for concrete structures reinforced with FRP bars. Thus, the ACI 440 Committee has provided design guidelines for concrete beams reinforced with FRP bars. Verification of the ACI 440 methods for predicting deflections and crack widths for glass fiber reinforced polymer reinforced concrete beams are presented in this paper. In addition, improvement to the crack width equation was suggested to account for 2 layers of reinforcement. This study shows that ACI 440.1R-01 can be effectively used to predict deflections in concrete beams reinforced with FRP bars and crack width in beams with one-layer FRP bars. However, when FRP bars are placed in two layers, ACI 440.1R-01 can be used after some parameters are modified. Six full concrete beams reinforced with different GFRP reinforcement ratios were load tested and the measured deflections and crack widths were analyzed and compared with those predicted by the proposed models. The experimental results compared well with those proposed by the model.     

BFRP筋/钢筋混合配筋混凝土梁抗弯试验与有限元分析

通过抗弯性能试验,分析了玄武岩纤维增强筋(BFRP筋)/钢筋混合配筋混凝土梁的承载力、破坏形态、挠度及裂缝发展情况。在试验基础上利用ANSYS软件建立了BFRP筋/钢筋混合配筋混凝土梁的三维有限元数值分析模型,并与试验结果进行了对比。在数值分析模型基础上研究了FRP筋类型及其布置方式对混合配筋混凝土梁抗弯性能的影响。结果表明:BFRP筋/钢筋混合配筋混凝土梁的破坏形式均为钢筋屈服后受压区混凝土被压碎;配筋面积比Af/As越大,初裂荷载越小,裂缝总数越少,挠度逐渐增加;建立的数值分析模型能较准确地模拟BFRP筋/钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯性能;BFRP筋、AFRP筋(芳纶纤维增强筋)及GFRP筋(玻璃纤维增强筋)与钢筋混合配筋混凝土梁的荷载-挠度曲线比较接近;与BFRP筋相比,CFRP筋(碳纤维增强筋)/钢筋混合配筋混凝土梁的开裂荷载和极限荷载分别高14.2%和9.3%,最大挠度小35%左右;BFRP筋的布置方式(单层或双层)对混合配筋混凝土梁抗弯性能的影响不大。     

FRP片材加固钢筋混凝土梁极限承载力试验

制作了8根钢筋混凝土梁,考虑了混凝土等级、龄期、配筋、FRP加固情况等因素,对3组梁进行极限承载力试验,研究了纤维布加固钢筋混凝土梁的破坏模式、抗弯极限承载力、裂缝宽度、挠曲变形等内容.     

纤维聚合物筋混凝土梁正截面性能的试验研究

进行了 6 2根截面尺寸分别为 130mm× 180mm× 180 0mm、2 0 0mm× 30 0mm× 3 30 0mm、2 0 0mm× 45 0mm× 3 30 0mm和 2 0 0mm× 5 5 0mm× 3 30 0mm的纤维聚合物筋混凝土梁的弯曲试验 ,重点研究了纤维聚合物筋类型、配筋率对梁的裂缝间距、宽度和分布 ,弯曲刚度和挠度、破坏形式和承载能力的影响。     

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。