BFRP-混凝土结构理论与试验研究

【摘要】：对BFRP-混凝土结构进行了比较系统的试验研究与理论分析,主要内容有三个方面,BFRP筋增强混凝土梁的试验研究;粘贴BFRP布、CFRP布加固RC柱的对比试验研究;粘贴BFRP布加固双曲拱桥提载试验研究,其中粘贴BFRP布加固RC柱试验研究和粘贴BFRP布加固双曲拱桥提载试验研究,在国内外都是首次提出。 通过8根直径为9、11、16和19mmBFRP筋试件的拉伸试验,得到BFRP筋增强混凝土梁筋材的拉力-变形曲线关系,抗拉强度和弹性模量等;制作了12根混凝土简支梁,在钢筋和BFRP筋配筋率不同的情况下,进行三分点静力加载直至破坏;制作21根RC圆柱,其中9根BFRP、9根CFRP包裹RC圆柱,3根未进行任何加固的RC短柱,进行轴心抗压对比试验研究;根据BFRP筋的力学特性,结合钢筋混凝土受弯构件的基本理论,对BFRP加筋混凝土简支梁抗弯性能进行有限元分析;在试验研究和理论分析基础上,以现役敖汉危旧双曲拱桥为例,对该桥采用粘贴BFRP布加固后的静动力特性进行研究。 本文研究工作可以归结为以下五部分: (1)验证了BFRP筋拉力-变形曲线关系近似成直线关系,抗拉强度随着直径增加而增加,BFRP筋材弹性模量低的特点;并根据BFRP筋抗拉弹性模量低的缺点,建议研制高抗拉弹性模量BFRP筋的方法。 (2)根据试验结果建议制造出更好的非剥离BFRP筋;由于BFRP筋的弹性模量小,为避免过早出现较大变形,建议研制预应力BFRP筋增强混凝土梁,以便充分利用BFRP筋抗拉强度高的优点。 (3)粘贴BFRP布加固RC柱的承载力提高46.2%～61.7%,粘贴CFRP布加固RC柱承载力提高42.3%～68%,相比之下粘贴CFRP布比粘贴BFRP布后RC柱的承载力提高稍大,但差别不大;粘贴1、2、3层纤维布时,加固RC柱位移延性系数提高幅度分别为1.15、1.98和2.96,可见纤维布粘贴层数越多位移延性系数提高幅度越大;但是研究表明,随着纤维布层数的增加,位移延性系数增长的速度变缓,表明纤维布的使用效率降低,经济粘贴层数为3层;本文基于FRP布约束机理和普通RC柱承载力计算公式提出粘贴BFRP布加固RC柱的承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。 (4)对BFRP加筋混凝土简支梁抗弯性能进行有限元分析,BFRP加筋混凝土梁荷载-挠度实测与模拟曲线整体走势基本相同;相同荷载时模拟挠度值普遍比实测值大,输入的各项参数均为规范值,说明规范中所给值略为保守;BFRP加筋混凝土梁N 2 N1值为1.17、1.16、1.12,根据结果建议制造出更好的非剥离BFRP筋,使之与混凝土之间有足够的粘结强度。 (5)粘贴BFRP布加固双曲拱桥拱肋加固方案可有效降低拱顶、拱脚等关键截面的压应力,增强结构的抗弯及抗扭性能,加固后具有较好的整体工作性能,处于弹性工作状态,荷载增至公路-Ⅱ的1.9倍,已具有足够的安全储备。 研究成果对完善FRP-混凝土结构设计理论具有重要的意义,并为BFRP材料在混凝土结构领域的应用提供科学依据,同时为工程实践提供有益指导。