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《哈尔滨工业大学》 2009年
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GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁力学性能及设计方法

郝庆多  
【摘要】:土木工程基础设施,如桥梁、海洋结构、海港码头、大坝、隧道等使用期都长达几十年,甚至上百年。在其服役过程中,在潮湿、温度变化、氯离子等恶劣环境下,钢筋容易产生锈蚀,结构不可避免地产生损伤累积和抗力衰减,使其抵抗自然灾害的能力下降,甚至引发灾难性的突发事故。如何提高钢筋混凝土结构的耐久性,是土木工程急需解决的问题。 本论文研究内容采用的GFRP/钢绞线复合筋的抗拉强度和耐腐蚀能力优于钢筋,可以解决钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀问题;同时,其弹性模量和屈服性能优于纯GFRP筋,可以较好地弥补GFRP筋混凝土结构挠度大、裂缝宽的缺陷。可以预见,GFRP/钢绞线复合筋混凝土结构的力学性能、耐久性能好,可以首先被应用于桥梁结构构件,提高其耐久性与安全性。 本文在自行研制GFRP筋和GFRP/钢绞线复合筋的基础上,对GFRP筋与混凝土的粘结性能、GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结性能、GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的力学性能和设计方法进行了系统的研究,主要研究内容如下: 首先,采用拉挤工艺,制备了不同表面形式的GFRP筋,利用GFRP筋与混凝土的粘结性能试验,基于粘结性能优劣的评价准则,确定了GFRP筋的最佳表面形式,并建议了GFRP带肋筋的最佳肋高度和最佳肋间距。 其次,利用玻璃纤维的耐腐蚀性能和钢绞线的高强、塑性性能,制备了GFRP/钢绞线复合筋,用于解决钢筋的腐蚀问题,并改善GFRP带肋筋的延性;结合GFRP筋表面定型试验的相关成果,确定了GFRP/钢绞线复合筋的最佳表面横肋参数。 第三,利用拉拔试验,基于直径、锚固长度、混凝土强度、保护层厚度和混凝土浇筑深度对粘结强度的影响,研究了GFRP/钢绞线复合筋的锚固长度、粘结强度和混凝土保护层厚度的计算方法,并构建了粘结-滑移本构关系模型,为相关规范的制订提供参考。 第四,利用试验,研究配筋率对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁开裂形态、裂缝宽度、裂缝间距、受力性能、荷载-挠度关系的影响;并在此基础上,建议GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的最小配筋率、最大配筋率和对应理想破坏形式的安全配筋率的计算方法。 第五,基于安全配筋率,利用试验进一步深入研究GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的受力性能,并和GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁进行比较;结合试验结果建议了GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁正截面抗裂度、正截面极限承载力、最大裂缝宽度和挠度的计算方法。 第六,结合试验结果,提出了GFRP/钢绞线复合筋名义屈服强度的概念,建议了GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁正截面承载力设计的简化方法;同时,结合与钢筋混凝土梁受力性能的比较结果,建议了GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁最大允许裂缝宽度,为相关规范的制订提供参考。
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