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纤维增强塑料筋混凝土梁正截面受力性能研究

李趁趁  
【摘要】: 纤维增强塑料筋是以纤维为增强材料,以合成树脂为基体材料,并掺入适量辅助剂,经拉挤成型技术和必要的表面处理所形成的一种新型复合材料,具有比强度高、耐腐蚀性能好、可设计性强、抗疲劳性能好、耐电磁等独特优点。因此它一般可应用于有特殊性能要求和钢筋易受到化学因素侵蚀的环境中。例如,纤维增强塑料筋应用于支撑和围绕磁共振成像医疗设备的混凝土中及海堤、工业顶棚、电设备、反应设备的基座、岩土工程中的锚杆、侵蚀性环境的混凝土结构等海洋工程、桥梁工程、路面工程、岩土工程、医疗及化工工程的建设。为了推动纤维增强塑料筋及其混凝土结构在工程中的广泛应用,本文在国家自然科学基金(项目名称:纤维增强塑料筋混凝土梁力学性能的研究;编号:59978046)和河南省杰出青年基金的资助下,通过对纤维增强塑料筋混凝土梁正截面受弯性能试验数据的系统分析,结合现代钢筋混凝土结构学的分析方法,对纤维增强塑料筋混凝土梁正截面受弯性能进行了深入的研究,较系统的建立了适合于纤维增强塑料筋特点的纤维增强塑料筋混凝土梁正截面受弯性能的理论计算体系。主要研究成果如下: 1.分析了纤维增强塑料筋配筋率对纤维增强塑料筋混凝土梁正截面开裂弯矩的影响,提出了纤维增强塑料筋混凝土梁正截面抗裂度的计算方法和相应的计算公式。计算结果表明,纤维增强塑料筋混凝土梁的塑性系数γ_m。在1.4左右。 2.研究了纤维增强塑料筋配筋率对纤维增强塑料筋混凝土梁受弯承载力的影响。结果表明,对纤维增强塑料筋混凝土梁,在配筋率的一定范围内,配筋率越大,受压区面积越大,极限抗弯承载力越高。从强度与延性两方面的综合考虑,提出了纤维增强塑料筋名义屈服点的概念,对发生受压破坏的纤维增强塑料筋混凝土梁,按照同样条件下(截面尺寸、材料强度、截面配筋率等均相同)截面承载力相等的原则等效转化为受拉破坏进行设计与计算,以此确定纤维增强塑料筋的强度折减系数λ_f。结合试验结果,建议了纤维增强塑料筋强度折减系数值λ_f=0.7,建立了适合于玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁特点,又与我国现行有关规范相协调的纤维增强塑 料筋混凝土梁受弯承载力的计算方法。 3.试验研究表明,纤维增强塑料筋混凝土受弯构件的荷载-挠度曲线以 截面初裂为界限点分为两个线形阶段。正截面开裂前,荷载-挠度曲线基本 为线性,截面刚度较大;正截面开裂时,裂缝先在纯弯段出现,荷载-挠度 曲线出现转折点,随着荷载的增加,纯弯段正裂缝的发展以及剪跨段斜裂 缝的产生并向梁的受压区加荷点发展,使梁的刚度较截面开裂前减少,荷 载-挠度曲线也基本为线性直到梁破坏。本文在试验研究的基础_卜,探讨了 纤维增强塑料筋混凝土梁的非线形全过程数值分析方法,用计算机模拟了 试验梁的跨中荷载-挠度关系曲线,并用试验数据进行了验证,实现了用计 算机模拟纤维增强塑料筋混凝土梁试验。在数值计算的基础上,通过混凝 土受压应力应变关系和混凝土受压区应力分布的简化,建立了纤维增强塑 料筋混凝土梁非线形全过程数值分析的简化方法,包括弯矩-曲率关系及荷 载-挠度关系的简化公式。经过与试验结果的分析对比,本文方法的合理性 和可行性得到了验证。 4.根据试验研究结果,分析了纤维增强塑料筋混凝土梁挠度的特点, 按照刚度解析法的原理,结合纤维增强塑料筋的特性,探讨了纤维增强塑 料筋混凝土梁截面刚度的计算方法,引入了反映纤维增强塑料筋弹性模量 以及与混凝土之间粘结性能对短期刚度的影响系数a,初步建立了与钢筋 混凝土梁计算方法相衔接的纤维增强塑料筋混凝土梁截面刚度的计算公 式。经与试验结果的对比分析,得到Isorod筋混凝土梁的d值为1.226。 5.根据纤维增强塑料筋及其混凝土梁的力学性能,建立了纤维增强塑 料筋混凝土梁达到纤维增强塑料筋名义屈服强度的截面曲率和梁最终破坏 的截面曲率的表达式。以此为基础,探讨了纤维增强塑料筋混凝土梁截面 曲率延性的计算方法,给出了纤维增强塑料筋混凝土梁截面曲率延性系数 的两种计算公式。按照这两种计算方法计算的纤维增强塑料筋混凝土梁截 面曲率延性系数值分别为 1.25和 1.41。 本文的研究工作是修订我国《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》的 内容之一,提出的计算方法和有关公式将列入《纤维混凝土技术规程》。


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