鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋及其增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)地震后的可修復(fù)性越來(lái)越為人們所重視,人們逐漸意識(shí)到使混凝土結(jié)構(gòu)具有一定的二次剛度(屈服后剛度)能有效地減小震后殘余變形,實(shí)現(xiàn)良好的可修復(fù)性。于是國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始對(duì)結(jié)構(gòu)二次剛度的各種實(shí)現(xiàn)方式開(kāi)展了探索性研究,本文提出了用具有二次剛度特性的鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋新型材料來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的二次剛度的方法。 另一方面,鋼與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)的復(fù)合可以揚(yáng)長(zhǎng)避短,因?yàn)?FRP具有強(qiáng)度高、彈模低、延性差、耐久性好、重量輕等特點(diǎn),而鋼材具有強(qiáng)度

2、低、彈模高、延性好、耐久性差、重量重等特點(diǎn),兩者互補(bǔ)性較強(qiáng),兩者復(fù)合后的鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋(SFCB)有望具備高強(qiáng)度、高彈模、高韌性、耐腐蝕、低成本等綜合性能優(yōu)異的新型結(jié)構(gòu)材料。 基于以上思想,本文對(duì)鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋(SFCB)及其增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)性能開(kāi)展了相關(guān)研究。 本文通過(guò)大量的嘗試性試驗(yàn),探索出連續(xù)纖維與鋼筋合理的復(fù)合方式,完善了鋼-連續(xù)纖維復(fù)合關(guān)鍵工藝,特別是各界面的處理,并對(duì)復(fù)合筋的工業(yè)化生產(chǎn)工藝做探索性的研究

3、,利用現(xiàn)有FRP制品的生產(chǎn)設(shè)備。生產(chǎn)出性能穩(wěn)定的SFCB工業(yè)化制品。 基于組成材料的本構(gòu)關(guān)系,通過(guò)復(fù)合法則,對(duì)SFCB的單向拉伸性能進(jìn)行了理論預(yù)測(cè)：收集、總結(jié)和分析常用的鋼筋在往復(fù)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型,根據(jù)復(fù)合法則對(duì)SFCB在往復(fù)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo),并給出了理論計(jì)算模型。 在試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上.提出了描述SFCB材料力學(xué)性能的相關(guān)指標(biāo),給出了各個(gè)指標(biāo)的取值方法,建議了基于不同設(shè)計(jì)思想下SFC

4、B性能的評(píng)價(jià)原則。 對(duì)生產(chǎn)出的SFCB在單調(diào)拉伸作用及往復(fù)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、卸載剛度、卸載殘余變形等力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究,并與理論計(jì)算模型進(jìn)行比較,并據(jù)此對(duì)模型進(jìn)行了修正。另外,通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)的方法,對(duì)同等環(huán)境下SFCB與普通鋼筋耐腐蝕性能以及SFCB與混凝土的粘結(jié)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。 進(jìn)行SFCB嵌入式加固鋼筋混凝土粱的抗彎性能的試驗(yàn)研究,對(duì)其荷載-位移關(guān)系、破壞模式、承載力、剛度、延性,裂縫形態(tài)與分布等性能進(jìn)

5、行了較為深入的討論和分析。同時(shí)與CFRP筋嵌入加固方法進(jìn)行比較,證明了嵌入SFCB加固混凝土梁能更好地發(fā)揮材料的性能,其加固后混凝土梁的性能能夠得到較大的提高。 基于給定的材料本構(gòu)關(guān)系模型和計(jì)算假定,推導(dǎo)了SFCB嵌入法加固RC梁截面的彎矩-嵌入筋應(yīng)變之間的關(guān)系,研究了嵌入不同性能的SFCB對(duì)抗彎承載力、破壞模式的影響,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。 利用編制的彎矩-嵌入筋應(yīng)變關(guān)系計(jì)算程序,研究了嵌入式加固RC粱從加載到破壞過(guò)程

6、中嵌入筋的應(yīng)力分布的變化情況,指出了加載點(diǎn)附近的高應(yīng)力梯度是SFCB嵌入式加固RC梁容易發(fā)生始于加載點(diǎn)的保護(hù)層混凝土粘結(jié)剝離破壞的原因,并追加了相關(guān)試驗(yàn)對(duì)該判斷加以驗(yàn)證。最后在參考現(xiàn)有的剝離破壞計(jì)算模型基礎(chǔ)上,給出了嵌入法加固RC梁粘結(jié)剝離破壞的驗(yàn)算方法以及粘結(jié)剝離承載力的計(jì)算方法。 以制作的SFCB增強(qiáng)混凝土柱及其對(duì)比試件RC柱的抗震性能試驗(yàn)為研究背景,采用結(jié)構(gòu)抗震分析軟件OpenSeeS模擬試件在擬靜力試驗(yàn)條件下的結(jié)構(gòu)性能。