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FRP筋混凝土受弯构件的结构性能研究

徐秦  
【摘要】: FRP筋混凝土结构是一种建筑结构新体系,与传统的钢筋相比,FRP筋具有高抗拉强度、低弹性模量及破坏之前的线弹性等特点,因此,用FRP筋等量代替混凝土构件中的钢筋,会引起更大的挠度和裂缝宽度,同时也会造成弯曲强度等的改变。本文通过分析已有的试验研究资料,并采用理论分析、有限元模拟相结合的方法,主要对FRP筋混凝土受弯构件的受力机理、破坏模式、力学模型以及极限承载能力等进行了较为系统的研究。主要研究内容及成果如下: (1)研究总结了FRP筋混凝土结构的基本性能,主要包括FRP筋的组成与特性,以及与混凝土的协同工作的性能等。针对FRP筋混凝土结构延性模型与传统混凝土结构的差异较大特点,分析了FRP筋混凝土结构延性与混凝土强度、FRP筋形式、配筋率等因素之间的关系,给出了FRP筋混凝土结构延性的工程定义,建立了FRP筋混凝土结构延性的计算方法,并通过已有试验数据验证了计算方法的准确性。 (2)提出FRP筋混凝土构件的本构关系,采用分离式模型与William-Warnke五参数破坏准则,对FRP筋混凝土结构进行了非线性有限元研究。考虑混凝土和FRP筋之间的相对滑移与钢筋混凝土结构的差异,运用非线性弹簧单元刚度的变化模拟了混凝土与FRP筋之间的粘结性能,建立了较为合理的FRP筋混凝土构件的非线性有限元计算模型。通过该计算模型对FRP筋混凝土受弯构件进行有限元分析,较为真实地模拟了FRP筋混凝土受弯构件的应力、变形,裂缝形成和扩展以及破坏形态和极限承载力,从而为有效的建立FRP筋混凝土受弯构件简化计算方法提供依据。 (3)在FRP筋混凝土受弯构件正截面承载力已有试验研究和有限元分析的基础上,对影响FRP筋混凝土受弯构件正截面承载力的因素进行了研究,提出了FRP筋混凝土受弯构件在不同阶段所采取的计算模型,并认为FRP筋混凝土受弯构件计算基本符合平截面假定,运用极限平衡理论建立FRP筋混凝土受弯构件正截面承载力的计算方法,该计算方法较好地考虑了对FRP筋对混凝土受弯构件受力性能的影响,形式简捷且具有明确物理概念,并通过已有试验数据验证了计算方法的准确性。 (4)在无腹筋FRP筋混凝土受弯构件受剪性能已有试验研究和有限元分析的基础上,对影响受弯构件斜截面受剪承载力的因素进行了研究。运用拉杆-拱平衡理论,建立了FRP筋混凝土受弯构件斜截面受剪承载力理论计算方法,该计算方法较好地考虑了FRP筋、剪跨比、配箍率对FRP筋混凝土受弯构件受剪性能的影响,形式简捷且具有明确物理概念,并通过已有试验数据验证了计算方法的准确性。 (5)通过对FRP筋混凝土受弯构件裂缝和变形的已有试验研究和有限元分析,认为FRP筋混凝土受弯构件裂缝宽度和变形计算可沿用我国现行钢筋混凝土规范中的相关计算方法,但必须对其中系数进行一定的修正。本文通过对FRP筋混凝土受弯构件中材料强度、粘结特性和材料的表面特征系数的等量代换,提出了适合FRP筋混凝土受弯构件裂缝宽度和变形的计算方法,并通过大量的已有试验数据验证了计算方法的准确性。


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