Experimental Analysis and Flexural Behavior of Reinforced Concrete Beams Reinforced with GFRP

【摘要】： 当今世界正面临着重大的住房和交通危机。钢材,木材和水泥是主要的较经济和可利用的建筑材料。木材由于其易受白蚁破坏在热带地区不被广泛应用。在混凝土的组成成份中,水泥是最昂贵的。用来制作水泥的矿物质在地球上其数量是无限的,其在地理上的分布也很广泛。 在过去的20年里,高强混凝土的使用经历了一个飞速发展的过程。高强混凝土的使用允许结构构件截面变小。由于恒载的减小,就使得桥梁上的大跨结构能得以实现。与普通混凝土相比,高强混凝土会更加易碎,这就使得纤维强化复合材料成为使用的首要选择。在砖块的制作过程中,使用稻草用来加强粘土这门艺术可以追溯到圣经时代。现在我们依旧在对钢,聚丙烯,玻璃及天然纤维等在结构应用方面进行测试。我们可以从生长在不同区域的各种类型植物身上很廉价的提取天然纤维。某些天然纤维还用在非结构性的水泥泥浆的复合材料中。大部分第三国家的物资资源不断减少,经济资源也很贫乏,还会遭受自然灾害的威胁,诸如地震会对建筑物及桥梁结构产生效应,这就需要对在高强混凝土中使用天然纤维的可行性进行调查研究。 基于结构的目的,对采用合适的天然纤维用来加强高性能混凝土已经做过了研究。对采用玻璃纤维加强高性能混凝土与未使用任何纤维、使用钢纤维或聚丙烯纤维加强的高性能纤维混凝土的压缩性和拉伸性分别进行了比较。通过比较如下加固梁的结果分析,研究了梁的弯曲性能：1)传统的钢筋混凝土2)添加有玻璃纤维的传统的钢筋混凝土3)添加有钢纤维的传统的钢筋混凝土4)添加有聚丙烯纤维的传统的钢筋混凝土。 把这些纤维用在高强混凝土中,与钢纤维和聚丙烯纤维相比,玻璃纤维的性能表现较差。钢材,木材和水泥是主要的较经济和可利用的建筑材料。每种材料都有其独特的强度和刚度性能,在设计时,这些性能合成一体设计。共同使用这三种材料是很普遍的,在设计上,每种材料的性能都是相互补充的。木材由于其易受白蚁破坏不广泛用于热带地区。在混凝土的组成成份中,水泥是最昂贵的。水泥的使用会产生一小部分能量,这种能量本来是钢筋或塑料产生的,它的使用将会加大对我们资源的利用。并且,用来制作水泥的矿物质在地球上其数量是无限的,在地理上的分布也很广泛。这些因素有利于钢筋混凝土的大量使用。混凝土和钢筋互相协调作用,能够制成一种有强度,刚度和延性性能的被称作钢筋混凝土的复合材料。 纤维增强聚合物是一种人工材料,它能够被制作成具有工程师所需要的特殊的性能。纤维增强聚合物产品在一些娱乐设备上应用普遍。比如：鱼竿,滑雪板,船舶。在军事上,这些产品的应用涵盖了从头盔到战斗机的范围。不过,在基础设施方面,纤维增强聚合物产品的使用由于其相对的成本而受到限制。近来,越来越多的人对在桥梁工程中使用纤维增强聚合物加固产生了兴趣,另外,制作工艺的改善也降低了其成本。最后,在具有侵蚀性的环境中使用时,这些产品成为了一种较经济的且有利于替代钢筋的材料。 当前,纤维强化复合材料这一体系广泛多样,包括预应力绳索的应用、网格板的强化和用于传统加强构件的条材。这一体系由纤维增强聚合物筋集合而成,纤维增强聚合物筋通过在市场上可购买的纤维如碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维制成。这些筋通过一种挤拉成型工艺来制作,在这一过程中,把通过树脂槽的连续纤维挤拉成型、固化,使其形成光滑的复合材料棒。 玻璃纤维增强塑料筋是上述所列出的三种纤维增强塑料筋中最便宜的一种,是最有可能使得桥板得以强化的一种替代材料。 总的来说,玻璃纤维强化复合材料与普通钢筋相比有值得注意的优点：强度高(体重比是钢筋的10-15倍),具有极好的抗腐蚀性和电磁性。不过,其缺点也应考虑：疲劳性能较差,较高的成本(钢筋的5倍),弹性模量低(导致过大的变形),低破坏应变,长久条件下强度较短期下的要低以及在碱酸性反应下的未知耐久性。除此之外,缺少对玻璃纤维增强聚合物筋的制作和测试标准。为保证其在基础设施中的使用不受限制,作为一种强化材料,其性能并未被充分的理解。大量的研究是基于其强度和劣势方面,这种新型材料好处是能够节约数十亿美元去解决高昂的腐蚀问题。 整个的研究计划内容包括：1)改进了玻璃纤维增强聚合物混合式钢筋混凝土梁体系的设计方法；2)对系统的静态、疲劳结合性能及延性性能进行了试验研究；3)对这一混合系统进行了加速耐久性试验；4)对实尺的混合增强复合材料的桥面板进行了静态和疲劳测试。本论文介绍了有关使用玻璃纤维聚合物加固的聚丙烯纤维增强混凝土梁的结果。