论文部分内容阅读
钢筋混凝土结构在现代工程领域中应用的最为广泛,但是由于钢筋容易腐蚀的问题,使其在长期使用过程中耐久性问题逐渐显现出来,越来越引起人们的关注。自上个世纪五、六十年代开始,纤维增强复合材料逐渐进入人们的视野,这种材料所具有的耐腐蚀、强度高、重量轻以及耐电磁等优点逐渐被工程界所认可,并逐渐取代钢筋应用于实际的土木工程结构当中,取得了良好的实用效果,其中应用最为广泛的为GFRP筋。但是由于GFRP筋弹性模量较小,应用于混凝土结构中容易产生较大的挠度和裂缝,导致结构刚度大大降低。如果将钢筋和GFRP筋混合配置于混凝土结构中,可以将GFRP筋强度高、耐腐蚀的优点及钢筋较好的整体性有机结合起来,增强了钢筋混凝土结构的承载能力,同时保留的钢筋可解决结构因脆性而导致的构件较大的挠度和裂缝,是一种理想的配筋形式。为了研究GFRP-钢筋混合配筋混凝土结构的耐久性以及抗弯性能,本文主要研究了以下内容:1.以混凝土碳化深度到达钢筋表面作为钢筋开始产生锈蚀的标志,结合钢筋表面去钝化时间最小均值计算公式,对比分析了六组不同配筋布置的GFRP-钢筋混合配筋混凝土构件的耐久性能,提出了混合配筋混凝土结构耐久性最佳的配筋形式。研究表明:将钢筋配置于远离迎风面、角区的中间位置,其他区域配置GFRP筋时,构件耐久性提升的百分比可达到119%,即耐久寿命可相应延长1.19倍,其他钢筋配置形式构件耐久性提升百分比介于两者之间。2.由素混凝土、钢筋以及GFRP筋三者使用寿命预测方法特点出发,探讨了混合配筋结构中混凝土碳化、GFRP筋与钢筋面积比影响下结构使用寿命预测方法,提出了GFRP-钢筋混合配筋混凝土结构使用寿命预测优化模型,并利用提出的预测模型对GFRP-钢筋混合配筋T梁结构使用寿命的预测方法进行了实例分析。3.由FRP筋混凝土梁裂缝宽度计算方法出发,探讨了板与梁结构特点差异对裂缝宽度计算的影响机理,引入对平均裂缝间距lcr、截面内力臂系数ε、以及FRP筋应变不均匀系数φ等参数的修正方法,同时建议取消对有效配筋率ρte下限值的规定,修正得到了混合配筋混凝土板件裂缝宽度计算公式,采用相同的方法推导了GFRP-钢筋混合配筋板件裂缝宽度的修正公式,并进行了实例分析;在半理论半经验的基础上结合试验分析结果,推导得到了混合配筋混凝土结构挠度计算公式,结合GFRP-钢筋混合配筋构件试验对结构挠度及裂缝的公式及变化规律进行了验证。4.基于平截面假定、截面内力平衡条件,推导了GFRP-钢筋混合配筋混凝土构件开裂弯矩以及适筋破坏情形下正截面极限受弯承载力计算公式,并通过相关试验以及有限元模拟对混合配筋结构的抗弯性能进行了验证,其测定值与理论计算结果吻合较好。研究表明:在构件整体配筋率相同的情况下,传统的截面单一钢筋配筋方式抗弯承载力最低,混合配筋构件的抗弯承载力随GFRP筋与钢筋的面积比增大而增加,抗弯承载力最大可提升至52.7%,且当混凝土内部全部布置GFRP筋时,构件抗弯承载力达到了最大值。