FRP筋及其加筋混凝土梁桥体系的性能与设计研究

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近年来，以桥梁为代表的钢筋混凝土基础设施的腐蚀破坏成为世界性的突出问题。在这种情况下，国内外兴起的使用耐腐蚀性聚合物材料FRP（Fiber Reinforced Plastic Polymer）筋作为钢筋替代品，发展新型结构体系，成为解决这一问题的一种有效方法。本文在自行研制开发FRP筋的基础上，对FRP筋的静力学性能、自感知性能、疲劳性能、耐酸碱盐介质腐蚀与冻融耐久性、FRP加筋混凝土短柱的受压性能、FRP加筋混凝土梁的力学性能进行了试验研究，并通过有限元分析和设计性能指标的分析，建议了FRP加筋混凝土构件的设计方法，最后对FRP加筋混凝土梁桥体系进行了实例设计和分析，主要研究内容如下：
　　1.首先研究常用的材料组分、纤维体积比对FRP筋性能的影响，进行GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋，CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋和HFRP(Hybird Fiber Reinforced Polymer)筋基本力学性能的测试，并测量标距范围内CFRP筋和HFRP筋的电阻值和应变，得到了FRP筋的抗拉强度和弹性模量等指标以及CFRP和HFRP筋的自感知性能。通过静力学的试验研究，确定适当材料组分的FRP筋，对FRP筋进行产品定型。
　　2.对定型的CFRP筋进行了疲劳性能的试验研究。通过疲劳性能试验曲线、曲线拟合、疲劳损失机理分析和与钢筋疲劳性能的对比分析，表明CFRP筋具有优越的疲劳性能。对FRP筋进行了抗酸、抗碱、抗盐腐蚀及冻融性能试验，得到了介质腐蚀和冻融循环对FRP筋极限拉伸强度和弹性模量的性能退化影响和定量衰减量。试验结果表明：除了碱性环境外，GFRP筋具有很好的耐酸盐介质腐蚀与冻融的性能，而CFRP筋具有比GFRP筋更好的耐酸盐介质腐蚀与冻融的性能，同时还具有很好的耐碱性介质腐蚀性能。
　　3.试验研究了FRP筋以及FRP加筋混凝土短柱的受压性能。试验测试了FRP筋在没有约束条件下的抗压强度、抗压弹性模量以及试验测试和分析了FRP加筋混凝土短柱在轴心受压荷载下的极限承载力、荷载-变形关系和破坏形式，并与钢筋混凝土短柱受压试验结果进行了比较。研究结果表明：在没有约束的条件下，GFRP筋的抗压强度高于CFRP筋的抗压强度；在有约束的条件下，CFRP加筋混凝土短柱的抗压承载力高于GFRP加筋混凝土短柱的抗压承载力；FRP加筋混凝土短柱的抗压承载力高于钢筋混凝土短柱的抗压承载力；FRP加筋混凝土短柱的协同工作性和钢筋混凝土短柱的协同工作性相比较差。
　　4.通过对FRP加筋混凝土简支梁进行三分点静力加载试验，研究了FRP加筋混凝土梁在各级荷载作用下的开裂形式、破坏形式、极限承载力、荷载-变形特性，提出了FRP加筋混凝土梁的变形、极限承载力的计算公式；用ANSYS进行有限元的建模分析与试验结果进行对比和分析，得到了适合FRP加筋混凝土梁的设计方法。根据FRP筋与传统结构材料受力性能的差异，对受弯构件的性能指标和安全储备问题进行了研究，指出了FRP加筋混凝土结构安全储备包括变形储备和承载力储备，提出了适用于FRP加筋混凝土受弯构件的性能指标和设计方法，并以实际算例验证方法的可行性。
　　5.基于本文的试验研究和理论分析，进行了FRP加筋混凝土梁桥体系和FRP加筋预应力混凝土梁桥体系的实例设计与分析，并建议了相应的设计要点，为将来的工程应用提供基础。

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作者
张新越;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科土木工程、防灾减灾工程与防护工程
授予学位博士
导师姓名欧进萍;
年度 2006
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 U448.217;U441.5;
关键词
纤维增强; 加筋混凝土梁桥; 疲劳性能; 纤维体积比; 耐腐蚀性能;

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