先张法预应力玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用先张法工艺设计制作了1根全预应力玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)混凝十梁,2根部分预应力BFRP筋混凝土梁和1根普通BFRP筋混凝土梁,对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况、屈服荷载和极限荷载等性能。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以提高梁的杭裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度;非预应力钢筋的配筋率越大,梁的极限抗弯承载力越大,在BFRP筋配筋率相同的情况下,全预应力梁和非预应力梁的极限抗弯承载力相当;在预应力梁中采用非预应力钢筋,可以减小裂缝宽度间距,并且提高梁的延性;全预应力梁和非预应力梁在纯弯段上的裂缝数量和裂缝分布基本相同,部分预应力梁的裂缝数量明显多于全预应力梁和非预应力梁。     

BFRP筋再生混凝土梁抗弯性能试验研究

通过7根玄武岩纤维(BFRP)筋再生混凝土梁和1根钢筋再生混凝土梁的抗弯性能试验,研究了不同纵筋配筋率与再生骨料取代率对BFRP筋再生混凝土梁受弯性能的影响,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,并与钢筋再生混凝土梁进行对比。结果表明,BFRP筋再生混凝土梁的破坏形式有少筋和超筋破坏两种,分别由BFRP筋拉断和受压区再生混凝土压碎控制。合理配筋的BFRP筋再生混凝土梁破坏前产生的挠度较大,且受拉BFRP筋的应变也较大,说明合理配筋的BRPP筋再生混凝土梁具有一定的延性,能较好地发挥两种材料的性能。BFRP筋再生混凝土梁的裂缝宽度和裂缝条数受再生骨料取代率影响较小,而受配筋率影响较大。此外,BFRP筋再生混凝土梁的初裂荷载相比钢筋再生混凝土梁略低,但极限荷载却有明显提高。     

BFRP筋混凝土无腹筋梁抗剪性能试验研究

为研究骨料种类对BFRP筋混凝土梁抗剪性能的影响,以剪跨比和混凝土抗压强度为变量,完成了对称集中荷载作用下5根BFRP筋普通混凝土和5根再生混凝土无腹筋梁抗剪试验,并分析了试件裂缝发展、破坏形态及不同剪跨比和混凝土强度对构件跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响,且参照相关规范对构件抗剪承载力进行计算分析.结果表明:再生混凝土梁的变形及裂缝发展形态与普通混凝土梁基本相似,再生混凝土梁的开裂荷载与极限荷载均低于普通混凝土梁;同一荷载对应的试件跨中挠度随剪跨比的增加而增大,混凝土抗压强度对试件跨中挠度无明显影响;试件开裂荷载与极限荷载均随着剪跨比的增大而减小,随着混凝土抗压强度的增大而增大;美国ACI 440.1R-06规范对试验梁抗剪承载力的计算最合理.     

后张无黏结预应力BFRP筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用后张法,制作了玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）无黏结部分预应力混凝土梁、BFRP筋无黏结全预应力梁以及对比用BFRP筋非预应力梁,对其受弯性能进行对比试验,并对BFRP筋无黏结部分预应力梁中非预应力钢筋的配筋率对受弯性能的影响进行了研究。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以明显提高梁的抗裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度,改善BFRP筋混凝土梁的正常使用性能;与全预应力梁相比,配置有非预应力钢筋的部分预应力BFRP筋梁的延性更好;且随着非预应力钢筋配筋率的增加,梁的屈服荷载和极限荷载随之提高,裂缝间距、极限裂缝宽度则随之减小。     

无腹筋BFRP筋混凝土深梁受剪性能研究

在对称集中荷载作用下,对7根无腹筋BFRP筋混凝土深梁进行受剪试验,分析了构件的裂缝发展、破坏形态及不同剪跨比、BFRP筋配筋率、玄武岩纤维体积掺率对构件跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。试验结果表明:各试验梁均发生剪切破坏;相同荷载作用下,跨中挠度随着剪跨比的增大而增大,随着配筋率及玄武岩纤维体积掺率的增大而减小;开裂荷载与极限荷载均随着剪跨比的增大而减小,随着配筋率及玄武岩纤维体积掺率的增大而增大。参照相关规范对试验梁抗剪承载力进行计算,研究结果表明美国ACI 440. 1R-06规范计算值与试验值比较吻合,加拿大CSA. S 806-12规范稳定性较好,中国GB 50608—10规范相对保守,建议采用美国ACI440. 1R-06规范对无腹筋BFRP筋混凝土深梁进行抗剪承载力计算。     

BFRP筋与钢筋混合配筋混凝土梁抗弯性能试验研究

设计制作10根梁,包括1根玄武岩纤维(BFRP)筋混凝土梁、1根钢筋混凝土梁以及8根BFRP/钢筋混合配筋混凝土梁。通过试验研究了高配筋率及低配筋率下不同配筋面积比对混合配筋混凝土梁受弯性能的影响,分析其承载力、破坏形态、变形性能、裂缝发展及延性性能,并与BFRP筋混凝土梁以及钢筋混凝土梁进行了对比。结果表明,BFRP/钢筋混合配筋梁的破坏形式包括两种:高配筋率混合配筋梁钢筋屈服后受压区混凝土压碎;低配筋率混合配筋梁则在钢筋屈服后BFRP筋被拉断,梁发生脆性破坏。混合配筋混凝土梁荷载-挠度曲线表现出以试件开裂和钢筋屈服为转折点的三线性特征。混合配筋混凝土梁极限承载力稍低于BFRP筋混凝土梁,但高于钢筋混凝土梁,且随着配筋面积的增加而增加。混合配筋混凝土梁的延性系数均比钢筋混凝土梁大,且配筋率越低,配筋面积比越大,延性系数越高。要满足结构抗震设计规范要求,建议配筋面积比不小于0.6。     

BFRP筋钢纤维再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究不同钢纤维体积掺量vsf(0. 5%、1%、1. 5%、2%),纵筋配筋率ρ,再生骨料取代率R(0、50%、100%)对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁(BFRP-SFRAC梁)抗弯性能的影响,本文对9根BFRP-SFRAC梁和1根钢筋钢纤维再生混凝土梁(对比梁)进行了抗弯试验,分析了其破坏形态、承载力变化过程及挠度变形等情况。结果表明:BFRP-SFRAC梁在达到极限承载力后,其荷载-挠度曲线下降段平滑,表现出较好的延性特征。BFRP-SFRAC梁的抗弯承载力受配筋率ρ和钢纤维体积掺量vsf的影响较大,受再生骨料取代率R的影响较小。随着钢纤维体积掺量vsf的增加,BFRP-SFRAC梁的初裂荷载和极限荷载均增加,但并不一直呈线性增长,而挠度变形有所减小。与对比梁相比,BFRP-SFRAC梁的初裂荷载略低,但极限荷载却明显提高。     

无腹筋BFRP筋玄武岩纤维混凝土深梁抗剪性能试验研究

为研究玄武岩纤维对无腹筋BFRP筋混凝土深梁裂缝开展、破坏形态、跨中挠度、剪切开裂承载力及抗剪极限承载力的影响,以玄武岩纤维体积掺率和纤维长度为参数,设计并制作了5根试验梁,通过四分点集中力加载研究深梁的抗剪性能。结果表明:随着纤维特征参数的增大,构件破坏形态出现由斜压破坏向剪压破坏转变的趋势;与普通混凝土深梁相比,相同荷载作用下,玄武岩纤维混凝土深梁跨中挠度和裂缝宽度均随着纤维特征参数的增大而减小;构件剪切开裂承载力和抗剪极限承载力随着纤维特征参数的增大均有所提高。在考虑玄武岩纤维增强作用的基础上,参照GB 50010—2015规范对玄武岩纤维混凝土深梁抗剪极限承载力进行计算,实测值与计算值基本吻合。     

不同取代率和配筋率对RAC梁受弯性能影响试验研究

为了研究RAC梁在不同取代率和不同配筋率下其正截面受弯破坏形态和受弯性能,采用再生骨料取代率为0％、30％、60％和100％共4种,配筋率为0.433％、1.76％和2.62％共3种,在不同工况下设计并制作了6根RAC梁,试验采用四分点加载方案,对不同取代率和配筋率下正截面受弯RAC梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度以及跨中截面应变等进行了试验研究.试验结果表明:RAC梁与普通混凝土梁破坏形态基本相同,均经历弹性、带裂缝工作以及破坏三个阶段;RAC受弯梁正截面符合平截面假定;不同取代率下RAC梁开裂荷载非常接近,但屈服和极限荷载受再生骨料取代率的影响比较明显,其中普通混凝土梁屈服和极限荷载最大,而后随取代率的增加而随之增大;配筋率越大,受弯承载力越大,且开裂荷载随配筋率的增加而略有增加,屈服和极限荷载增幅较大;变形随配筋率的增加而变化幅度相对较低.     

CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏压柱受力性能的试验研究

通过15根碳纤维预应力棱柱体复合筋(Carbon Fiber Reinforced Plastics Prestressed Concrete Prisms,简称"CFRPPCPs复合筋")混凝土柱进行偏心受压试验,考虑相对偏心距、复合筋配筋率、CFRP筋张拉控制应力和普通钢筋配筋率4个变化参数对复合筋混凝土柱受力性能的影响。观察了试件的受力过程及破坏形态,获取了试件开裂荷载、极限承载力、荷载-侧向变形曲线等重要数据,分析了4个变化参数对CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏心受压作用下的开裂荷载和极限承载力的影响规律。研究结果表明:CFRP-PCPs复合筋混凝土偏压柱与普通钢筋混凝土偏压柱的受力过程及破坏形态相似,试件的开裂荷载和极限承载力均随相对偏心距的增大而降低;提高CFRP筋张拉控制应力、增大复合筋配筋率和普通钢筋配筋率均能有效提高CFRP-PCPs复合筋混凝土柱的开裂荷载和极限承载力。     

玄武岩纤维筋全再生混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

通过4根玄武岩纤维筋与4根钢筋再生混凝土无腹筋梁的受剪试验,研究采用100%粗骨料取代率的再生混凝土梁的裂缝开展、破坏等情况;分析不同纵筋类型下,剪跨比、纵向配筋率和混凝土抗压强度对梁开裂荷载、极限承载力和跨中挠度变化的影响。比较中国规范(GB 50608—2010)、美国规范(ACI 440.1R-06)、加拿大规范(CSA.S 806-12)中规定的计算方法对玄武岩纤维筋再生混凝土梁受剪承载力的适用性。研究结果表明:钢筋再生混凝土梁的受力性能类似于传统的钢筋混凝土梁,而玄武岩纤维筋再生混凝土梁在荷载作用下,裂缝扩展较快且宽度更大;中国规范(GB 50608—2010)对试验梁抗剪承载力的计算值过于保守,美国规范(ACI 440.1R-06)最为接近,加拿大规范(CSA.S 806-12)次之。     

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯破坏形态有限元分析

设计并制作了3根新型的玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）增强混凝土梁,并对其进行三分点加载试验和有限元分析。结果表明,BFRP筋混凝土梁的受弯破坏形态有别于传统的钢筋混凝土梁,其破坏截面均位于加载点附近。梁内的销栓作用对BFRP筋的受力非常不利;较大的裂缝宽度不仅会影响到BFRP筋混凝土梁的正常使用,还会影响到梁的受弯破坏形态;BFRP筋突出的表面变形特征、较低的横向抗剪强度和弹性模量等对上述破坏形态的发生有着重要影响;加载点处BFRP筋混凝土较为严重的局部黏结破坏、较大的销栓作用、应力集中效应和较大的裂缝宽度等使BFRP筋处于复杂的不利受力状态,这是造成上述破坏形态的主要原因。     

玄武岩纤维筋增强再生混凝土梁抗剪性能的试验研究

为研究BFRP筋再生混凝土梁的受剪性能,对纵筋为BFRP筋的无腹筋和有腹筋梁的破坏形态,挠度变化,纵向受力钢筋、箍筋应变和极限承载力等受力性能进行了试验研究,并与同尺寸纵筋为钢筋的再生混凝土梁进行对比分析。结果表明:BFRP筋再生混凝土梁均发生剪切破坏,而同等配筋条件下的钢筋再生混凝土梁在配置箍筋后由剪切破坏变为弯曲破坏;箍筋对BFRP筋梁抗剪承载力的提高更显著;有腹筋的BFRP筋再生混凝土梁的延性较无腹筋梁更好;箍筋抗剪作用的发挥与梁剪切斜裂缝的位置、倾角相关。     

混杂钢纤维超高性能混凝土梁裂缝分形理论研究

混凝土梁在受弯过程中表面裂缝分布及演化的宏观特征可以反映其受弯性能,本文基于不同废旧轮胎钢纤维(WTSF)取代率的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁受弯试验结果,利用分形理论分析试验梁表面裂缝开展情况。结果表明,BFRP筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁表面裂缝分布具有分形特征,满足自相似性,分形维数的变化区间为[0.892,1.064]。探讨了梁表面裂缝分形维数与施加荷载值、WTSF取代率、跨中挠度和最大裂缝宽度之间的关系,并分别拟合了WTSF取代率与完全破坏状态下全梁区和纯弯段分形维数的函数关系。分形维数与施加荷载值、跨中挠度和最大裂缝宽度均呈对数函数关系,完全破坏状态下,WTSF取代率变大会增大梁表面裂缝的分形维数,但总体来说不利影响并不明显,研究结果可为超高性能混凝土的工程实际应用提供参考。     

BFRP筋与分级粒径河砂ECC粘结滑移性能试验研究

通过玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋/高延性水泥基复合材料(ECC)的中心拉拔试验,分析了分级粒径ECC和BFRP筋表面形式及直径对BFRP筋/ECC粘结性能及粘结-滑移曲线的影响。结果表明,BFRP筋/ECC的破坏模式分为BFRP筋拔出破坏和BFRP筋拉伸破坏。选取BFRP筋/ECC粘结-滑移曲线中的残余波浪段各峰值应力点,采用拟合直线斜率的绝对值|k|表征ECC对BFRP筋横肋的磨损程度,当|k|值≥0.144时,BFRP筋横肋会被完全磨损,当|k|值＜0.144时,BFRP筋横肋会被磨损至与填充其凹陷的ECC齐平。BFRP筋/ECC的平均粘结强度随骨料粒径的变化并不显著,分级粒径ECC可使BFRP筋/ECC的平均粘结强度提高3.2%~9.6%,采用骨料粒径为0.15~0.3 mm的BFRP筋/ECC粘结性能最优。BFRP筋的直径越大,BFRP筋/ECC的平均粘结强度越小,BFRP筋直径为12 mm的BFRP筋/ECC平均粘结强度与BFRP筋直径为8 mm、10 mm的BFRP筋/ECC相比降低分别约8.2%、4.4%。采用浅螺纹BFRP筋的BFRP筋/ECC,平均粘结强度下降83.7%,但其整体粘结应力变化较为平稳,对ECC和BFRP筋的损伤程度均最小。减小BFRP筋直径、ECC骨料粒径,或BFRP筋/ECC自由端处BFRP筋的肋深,有助于提高BFRP筋/ECC的粘结性能及稳定性。     

FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度与延性研究

为提高纤维增强聚合物(FRP)筋异强混凝土叠浇梁的抗弯性能与延性,研究了钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度对FRP筋异强混凝土叠浇梁的影响。以钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)与钢纤维混凝土叠浇层厚度(0 mm、180 mm、210 mm、300 mm)为变量,对6根FRP筋异强混凝土叠浇梁进行三分点弯曲试验,并对试验梁的破坏过程、破坏形态、裂缝宽度以及跨中挠度进行分析。研究结果表明：钢纤维的掺入改善了FRP筋异强混凝土叠浇梁的受力性能,使其由脆性破坏向延性破坏发展;随着钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度的增加,FRP筋异强混凝土叠浇梁的极限承载力提高了9%～33%,抗弯性能提升了4%～21%,延性提升了22%～89%。基于试验与理论分析,建立了钢纤维作用下的FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度计算公式与延性评价方法。     

玄武岩纤维钢筋混凝土梁弯曲性能试验研究

通过玄武岩纤维钢筋混凝土梁四点弯曲试验,分析其破坏形态和破坏机理.通过四点对称加载方式研究不同玄武岩纤维掺量下梁的承载力、挠度、韧性、混凝土应变、钢筋应变等变化规律.试验结果表明:玄武岩纤维掺入对钢筋混凝土梁的开裂荷载和极限荷载都有一定的提高,开裂荷载最大提高幅度为32％,极限荷载最大提高幅度为6.5％.与普通钢筋混凝土梁相比玄武岩纤维钢筋混凝土梁的挠度、韧性均有所提高.玄武岩纤维对梁的受压区混凝土具有阻止裂缝扩展的能力,当梁上部受压区混凝土被压碎时,混凝土碎块会在纤维的桥接作用下不剥落,梁仍保持较好的整体性.