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《广西大学》 2006年
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FRP筋混凝土梁受力性能的试验研究及理论分析

张鹏  
【摘要】：纤维塑料筋(FRP筋)是以连续纤维组成的复合材料。传统的钢筋混凝土结构由于钢筋易锈蚀的原因，其应用受到许多限制，而采用强度高、耐腐蚀性能好的FRP筋替代普通钢筋是一条有效的防腐途径。然而，由于FRP筋的弹性模量低、具有线弹性的应力—应变关系、横向抗剪强度低以及其与混凝土间的粘结性能有较大的区别等原因，使得FRP筋混凝土构件的结构性能与普通钢筋混凝土构件存在着较大的差异，用于钢筋混凝土结构的计算和设计方法已不能适用于FRP筋混凝土结构。本文从2003年开始，对FRP筋混凝土梁的受力性能进行了试验研究和理论分析，共进行了45个试件的试验研究，同时还参考了国内外文献中近20根试件的试验结果，研究内容包括：FRP筋的粘结性能、FRP筋非预应力混凝土梁的变形及裂缝的计算与控制、FRP筋非预应力混凝土梁的延性性能分析、部分预应力部分粘结模式的CFRP筋预应力混凝土梁受力性能及有限元分析、FRP筋预应力混凝土梁的承载力计算与设计、FRP筋预应力混凝土梁受弯性能的非线性有限元分析等，本文的主要研究内容和成果如下： 1、FRP筋与混凝土粘结性能的研究 在30个试件拔出试验的基础上，研究了FRP筋与混凝土间的粘结滑移机理；分析了FRP筋在粘结滑移性能方面与普通钢筋的区别；提出了能够指导实际工程的FRP筋与混凝土间的粘结应力计算表达式及相对粘结系数、锚固长度的设计建议；提出了FRP筋与混凝土间的粘结—滑移本构关系模型的建议；给出了FRP筋粘结应力—滑移曲线的有限元分析方法。 2、FRP筋非预应力混凝土梁变形及裂缝的计算与控制理论的研究 在国外大量研究成果的基础上，提出了FRP筋混凝土梁在荷载短期效应组合下的挠度计算方法；给出了FRP筋混凝土梁“有效惯性矩”的计算表达式；给出了FRP筋混凝土梁的挠度与受力筋应变之间的关系表达式；提出了不需进行挠度验算的FRP筋混凝土梁最大跨高比限值的计算公式，同时给出了基于变形控制的梁承载力设计方法，为工程应用提供了方便。 提出了FRP筋非预应力混凝土梁的最大裂缝宽度计算公式；给出了能够用于工程实际的FRP筋非预应力混凝土梁最大裂缝宽度限值及使用荷载作用下FRP筋的允许应变限值的取值建议；指出在进行FRP筋非预应力混凝土梁截面的配筋设
【关键词】：纤维塑料筋(FRP) 环氧树脂钢筋 部分预应力部分粘结 混凝土梁承载力 挠度 裂缝 延性
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU375.1
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2006.174900
【目录】：
  • 摘要3-5
  • Abstract5-14
  • 第1章 绪论14-36
  • 1.1 FRP筋的主要性能与特点14-16
  • 1.2 FRP筋在土木工程中的应用16-17
  • 1.3 FRP筋混凝土结构设计计算理论的研究现状17-21
  • 1.3.1 FRP筋与混凝土间粘结锚固性能的研究17-18
  • 1.3.2 FRP筋预应力混凝土构件锚具、夹具的研究18
  • 1.3.3 FRP筋混凝土受弯构件裂缝控制的研究18
  • 1.3.4 FRP混凝土构件抗弯、抗剪承载力的研究18-19
  • 1.3.5 FRP筋受弯构件的挠度及截面惯性矩计算的研究19
  • 1.3.6 FRP筋混凝土受弯构件延性性能的研究19
  • 1.3.7 FRP筋混凝土构件耐久性的研究19-20
  • 1.3.8 FRP预应力筋的传递长度20
  • 1.3.9 体外FRP预应力筋应用技术的研究20
  • 1.3.10 有关规范的编制进展20-21
  • 1.4 开展针对FRP筋混凝土梁受力性能及相关技术研究的意义21-23
  • 1.5 本文研究的主要内容23-25
  • 参考文献25-36
  • 第2章 FRP筋粘结性能的试验研究及有限元分析36-54
  • 2.1 简述36-37
  • 2.1.1 引言36
  • 2.1.2 国内外研究状况36-37
  • 2.1.3 本文研究的主要内容37
  • 2.2 试验研究37-42
  • 2.2.1 试验介绍37-39
  • 2.2.1.1 试验设计37-38
  • 2.2.1.2 试验装置与量测内容38-39
  • 2.2.2 主要的试验结论39-41
  • 2.2.2.1 试件在混凝土介质中的受力过程及粘结应力—滑移曲线39-40
  • 2.2.2.2 试件在其它介质中的粘结情况40
  • 2.2.2.3 试件破坏形态40-41
  • 2.2.3 试验结果与分析41-42
  • 2.2.3.1 粘结滑移机理41
  • 2.2.3.2 CFRP筋与混凝土粘结性能的主要特点41-42
  • 2.3 设计建议42-45
  • 2.3.1 FRP筋平均粘结应力及锚固长度的设计计算建议42-44
  • 2.3.1.1 基本锚固长度及粘结强度的表达式42-43
  • 2.3.1.2 顶部筋修正系数43-44
  • 2.3.1.3 保护层修正系数44
  • 2.3.1.4 锚固长度的设计建议44
  • 2.3.2 FRP筋与混凝土粘结—滑移本构关系模型的设计建议44-45
  • 2.4 FRP筋粘结性能的有限元分析45-51
  • 2.5 本章小结51-52
  • 参考文献52-54
  • 第3章 FRP筋非预应力混凝土梁变形及裂缝的计算与控制54-77
  • 3.1 简述54-60
  • 3.1.1 引言54-55
  • 3.1.2 国内外的研究状况55-59
  • 3.1.2.1 变形计算与控制55-57
  • 3.1.2.2 裂缝计算与控制57-59
  • 3.1.3 本文研究的主要内容59-60
  • 3.2 CFRP筋非预应力混凝土梁受弯性能的试验研究60-64
  • 3.2.1 试验介绍60-62
  • 3.2.1.1 试件的设计及主要材料的性能60-61
  • 3.2.1.2 加载方案及测点布置61-62
  • 3.2.2 试验结果与分析62-64
  • 3.2.2.1 荷载—挠度关系62
  • 3.2.2.2 裂缝形态62-63
  • 3.2.2.3 各种因素对梁受力性能的影响63-64
  • 3.2.3 结论64
  • 3.3 FRP筋混凝土梁挠度计算与控制方法64-69
  • 3.3.1 挠度计算64-65
  • 3.3.2 不需作挠度验算的跨高比限值计算及基于变形的承载力设计65-69
  • 3.3.2.1 挠度与受力筋应变之间的关系66-67
  • 3.3.2.2 FRP筋混凝土梁跨高比限值计算及基于变形的承载力设计67-69
  • 3.4 FRP筋混凝土梁的裂缝计算与控制69-71
  • 3.4.1 FRP筋混凝土梁最大裂缝宽度计算方法69-70
  • 3.4.2 FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度限值70
  • 3.4.3 使用荷载作用下FRP筋应变限值的取值建议70-71
  • 3.5 理论值与试验值的对比71-72
  • 3.6 本章小结72-74
  • 参考文献74-77
  • 第4章 FRP筋非预应力混凝土梁延性性能研究77-86
  • 4.1 简述77-80
  • 4.1.1 引言77
  • 4.1.2 国内外的研究现状及分析77-80
  • 4.1.3 本文研究的主要内容80
  • 4.2 本文建议的FRP筋混凝土梁基于能量的延性指标80-81
  • 4.3 影响FRP筋混凝土梁延性性能的因素分析81-82
  • 4.4 本章小结82-84
  • 参考文献84-86
  • 第5章 部分预应力部分粘结CFRP筋预应力混凝土梁受力性能的试验研究86-112
  • 5.1 简述86
  • 5.1.1 引言86
  • 5.1.2 本文研究的主要内容86
  • 5.2 部分预应力部分粘结CFRP筋预应力混凝土梁的试验研究86-109
  • 5.2.1 FRP筋预应力锚具的研制87-89
  • 5.2.1.1 夹片式锚具的设计87-88
  • 5.2.1.2 灌浆式螺丝端杆锚具的设计88-89
  • 5.2.1.3 锚具静载试验89
  • 5.2.2 部分预应力部分粘结CFRP筋混凝土梁的试验方案89-97
  • 5.2.2.1 试验目的89-90
  • 5.2.2.2 试验设计90-95
  • 5.2.2.3 测量内容95
  • 5.2.2.4 预应力筋的张拉95-97
  • 5.2.3 试验结果与分析97-109
  • 5.2.3.1 试件的受力过程97
  • 5.2.3.2 试件的破坏形态97-99
  • 5.2.3.3 荷载-挠度特性99-101
  • 5.2.3.4 延性性能101-102
  • 5.2.3.5 截面的应变分布102-103
  • 5.2.3.6 混凝土荷载-应变特性103-106
  • 5.2.3.7 预应力钢筋荷载-应变特性106-108
  • 5.2.3.8 非预应力筋的荷载-应变特性108-109
  • 5.3 结论109-111
  • 参考文献111-112
  • 第6章 FRP筋预应力混凝土梁非线性有限元分析112-131
  • 6.1 引言112
  • 6.2 基于ADINA软件的部分预应力部分粘结CFRP筋混凝土梁有限元模拟112-123
  • 6.2.1 ADINA软件的选择112-113
  • 6.2.2 有限元模拟113-121
  • 6.2.2.1 有限元模型的建立113-114
  • 6.2.2.2 单元的选择114-116
  • 6.2.2.3 本构关系116-119
  • 6.2.2.4 刚性弹簧参数的定义119
  • 6.2.2.5 网格划分119-120
  • 6.2.2.6 非线性求解方法120
  • 6.2.2.7 影响程序收敛的问题120-121
  • 6.2.3 计算结果与试验结果的对比121-123
  • 6.3 有粘结FRP筋预应力混凝土梁的非线性全过程有限元分析123-128
  • 6.3.1 基本假定123
  • 6.3.2 全过程数值分析方法123-128
  • 6.3.2.1 非预应力FRP筋混凝土梁的数值分析方法123-126
  • 6.3.2.2 预应力FRP筋混凝土梁的数值分析方法126-128
  • 6.3.3 理论计算结果与试验结果的对比128
  • 6.4 本章小结128-130
  • 参考文献130-131
  • 第7章 FRP筋预应力混凝土梁承载力计算理论与设计建议131-155
  • 7.1 国内外的研究状况131-132
  • 7.2 现有承载力计算方法的不足之处132-133
  • 7.3 FRP筋预应力混凝土梁承载力计算理论与分析133-142
  • 7.3.1 引言133
  • 7.3.2 本文推荐方法的计算步骤133-141
  • 7.3.2.1 确定裂缝的发生位置及路径133-135
  • 7.3.2.2 建立平衡条件135-138
  • 7.3.2.3 计算内力及荷载138-140
  • 7.3.2.4 确定破坏模式140
  • 7.3.2.5 混凝土梁强度的计算140-141
  • 7.3.3 电算程序的编制141-142
  • 7.4 FRP筋预应力混凝土梁的设计建议142-149
  • 7.4.1 FRP预应力筋的预应力损失142-143
  • 7.4.2 张拉控制应力限值143
  • 7.4.3 承载力设计方法143-148
  • 7.4.3.1 平衡配筋率143-144
  • 7.4.3.2 抗弯承载力设计144-148
  • 7.4.4 短期挠度计算148
  • 7.4.5 裂缝宽度及间距148-149
  • 7.5 计算值与试验值的对比149-150
  • 7.6 本章小结150-152
  • 参考文献152-155
  • 第8章 全文总结155-162
  • 8.1 本文主要研究结论和成果155-159
  • 8.2 本文的主要创新点159-160
  • 8.3 值得进一步研究的问题160
  • 8.4 展望160-162
  • 致谢162-163
  • 附录163-165
  • 附录一 攻读博士学位期间发表的论文163-164
  • 附录二 攻读博士学位期间完成或在研的科研项目164
  • 附录三 攻读博士学位期间完成的其它相关研究工作164-165
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2 宋玉普,赵国藩;钢筋与混凝土间的粘结滑移性能研究[J];大连理工大学学报;1987年02期
3 曹万林,王光远,吴建有,魏文湘;不同方向周期反复荷载作用下L形柱的性能[J];地震工程与工程振动;1995年01期
4 曹万林,王光远,魏文湘,吴建有;不同方向周期反复荷载作用下T形柱的性能[J];地震工程与工程振动;1995年04期
5 薛伟辰;混凝土结构中新型防腐配筋的最新研究进展[J];工业建筑;1999年12期
6 薛伟辰,康清梁;纤维塑料筋粘结锚固性能的试验研究[J];工业建筑;1999年12期
7 薛伟辰,康清梁;纤维塑料筋混凝土梁受力性能的试验研究[J];工业建筑;1999年12期
8 曹万林,王光远,欧进萍,魏文湘,吴建有;周期反复荷载作用下钢筋混凝土十字形柱的性能[J];地震工程与工程振动;1994年03期
9 薛伟辰,康清梁;纤维塑料筋在混凝土结构中的应用[J];工业建筑;1999年02期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 邓浩,韩金田,马伟民;现浇混凝土梁板现场载荷试验的实践[J];广东土木与建筑;1999年01期
4 范辉;;井字梁的计算与设计[J];山西建筑;2007年17期
5 邹毅松,徐向茜;20 m跨径后张预应力混凝土空心板梁变形的试验研究[J];重庆建筑大学学报;1999年02期
6 刘丽娟,吴永根,裴俊杰;墙体裂缝产生的原因分析研究[J];山西冶金;2000年01期
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8 汤向群,翁永动;预防大面积混凝土裂缝的技术处理[J];常州信息职业技术学院学报;2003年04期
9 麻建锁,郑文忠;钢筋混凝土受弯构件纵向受拉钢筋面积的合理取值[J];工业建筑;1998年03期
10 宋晓辉;某教学楼裂缝检测[J];山西建筑;2000年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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8 徐红星;孙锁泰;骆英;;圆形窨井盖的强度、刚度分析计算[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2000年
9 Toshihide Kobori;Yoshikazu Yamaguchi;Tadahiko Sakamoto;;混凝土面板堆石坝的渗漏监测[A];大坝安全与堤坝隐患探测国际学术研讨会论文集[C];2005年
10 张鹏;薛伟辰;李冰;邓宇;;FRP筋粘结性能的试验研究及理论分析[A];第15届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 记者 马昭　实习生 武小娟;214条裂缝遍布城墙[N];西安日报;2009年
3 本报记者 李凌翌　裴睿;房子安全与否 专家进屋帮你看[N];成都日报;2009年
4 本报通讯员 周怀生;原平工务段数字式挠度仪：检查桥梁的小助手[N];人民铁道;2009年
5 记者 刘永滨;来自“震中”的报告[N];中华建筑报;2009年
6 世安建设集团有限公司 谢洪军　章如虎;泵送混凝土裂缝的防治措施[N];建筑时报;2009年
7 河北省混凝土外加剂厂 李学安;混凝土工程质量常见问题的原因及处理方法[N];河北经济日报;2009年
8 赵海燕 温泉县水利局;浅谈混凝土的施工温度与裂缝[N];博尔塔拉报;2008年
9 记者 肖勇 实习生 王路莎;马田镇跨京广铁路立交桥出现裂缝[N];郴州日报;2009年
10 记者 冯桦;抢建违章房 震裂邻家楼[N];福州日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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3 周凌宇;钢—混凝土组合箱梁受力性能及空间非线性分析[D];中南大学;2005年
4 朱美春;钢骨—方钢管自密实高强混凝土柱力学性能研究[D];大连理工大学;2006年
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10 陈斌;混凝土配合比优化及结构早期裂缝防治研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 万娟;低预应力技术及其在桥梁研究中的应用[D];华中科技大学;2005年
4 王毅强;硅基陶瓷型芯制备与性能分析[D];西北工业大学;2005年
5 李新征;混凝土砌块墙体裂缝研究[D];天津大学;2004年
6 李明洋;大跨度桥梁连通管式光电挠度测量系统[D];重庆大学;2004年
7 宋峰;CCD挠度测量系统的研究[D];电子科技大学;2004年
8 孙路;CCD挠度测量系统的研究[D];电子科技大学;2002年
9 孙苍柏;钢骨高强混凝土柱抗震性能的研究[D];西安建筑科技大学;2005年
10 易海波;钢—混凝土组合梁翼板有效宽度的试验与分析[D];湖南大学;2005年
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