CFRP管约束受压区的钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

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钢筋混凝土梁的延性变形能力对混凝土结构抗震性能有着重要影响,为了保证梁的延性变形能力,我国《建筑抗震设计规范GB50011-2010》对配筋率进行了限制,但实际工程设计中,由于层高限制或荷载过大等原因,设计人员不得不把混凝土梁设计成高配筋率梁或超筋梁。延性可以从结构、构件、截面、材料四个层面来评判,构件的延性与截面和材料的延性密切相关。钢筋混凝土梁的主要材料为混凝土和钢筋,钢筋具有良好的变形能力,因此钢筋混凝土梁的延性变形能力主要由受压区混凝土的延性控制。对混凝土进行侧向约束可以提高混凝土的强度和极限压应变,因此对梁的受压区混凝土进行侧向约束可以提高梁的延性性能。CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)材料具有轻质、高强、高弹模、耐腐蚀等优点,CFRP约束混凝土在试验中展现出良好的变形能力。在这种背景下,本文提出了一种新型的CFRP管约束受压区的钢筋混凝土梁(以下简称CFRP约束梁),通过9根CFRP约束梁和3根对比梁的四点受弯试验,研究了CFRP约束梁的受弯性能。本文主要包括以下几方面的内容:(1)对本文试验中所使用的材料进行材料力学性能试验,包括CFRP单向拉伸试验,钢筋拉伸试验,C50和C35混凝土配合比设计及其抗压性能试验等,为CFRP约束梁的试验研究与理论分析提供依据。(2)通过四点受弯加载试验,以混凝土强度等级、配筋率、CFRP层数、约束区长度与形状为试验参数,对CFRP约束梁的受弯性能进行试验研究,试验结果显示:对受压区混凝土进行CFRP管约束对钢筋混凝土梁的极限承载力影响不大,但能有效地提高梁的延性;梁的混凝土强度等级越低,或配筋率越高,梁的延性提高幅度也越大;增加CFRP层数对延性的进一步提高效果不明显,但能有效地延缓CFRP管应变的开展;就提高钢筋混凝土梁延性而言,采用矩形CFRP管对受压区混凝土进行约束比圆形CFRP管更有效;CFRP约束区长度大于纯弯段长度时,增大约束区长度对进一步提高梁的受弯性能效果不明显;为了节约CFRP材料,CFRP管的高度可以小于受压区高度。(3)根据材料力学性能试验结果和简化的应力-应变关系,结合已有的CFRP约束混凝土应力-应变模型―Wei模型,采用数值法,对CFRP约束梁进行受弯全过程非线性分析,主要分析CFRP约束梁截面的荷载-曲率关系和CFRP约束梁的荷载-位移关系,并与试验值进行对比,发现两者比较吻合。
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