SMA/FRP增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

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纤维复合材料(FRP)有着优越的机械强度及物化性能,在工程加固领域应用广泛。由于其初期强度难以加持,故采用预应力的思想以得到良好的早期受力效果。目前由于机械张拉装置的繁琐操作,限制了FRP的应用。借鉴于形状记忆合金(SMA)的形状记忆效应产生回复变形,两种材料按一定方式复合,通过温度作用于激活区,可在复合区引入预应力。本研究通过7根梁的实验,通过对比各试验梁的承载能力、挠度变化及裂缝发展方式等探究,揭示其受力机制和破坏模式。FRP加强混凝土梁可以较大提升试验梁的抗弯承载能力,试验结果表明,预应力在0~300MPa区间,承载力提升了22%~32.9%。直接粘贴FRP加强对梁的开裂荷载的提升影响较小,而施加预应力后FRP加强梁最高可提升53.3%,可见预应力的施加更有效的提高了梁的抗裂能力。FRP加强后钢筋混凝土梁的刚度得到提升,尤其是预应力施加后,同等荷载等级下挠度减小更为明显,加强也限制了裂缝的发展,使得裂缝在梁底分布更加分散,改善了梁的正常使用状态。根据FRP应变水平分析,施加预应力更为有效的展现了FRP的高强作用,其应变响应水平区别于初始预应变程度。本文进行了SMA-FRP复合材料加强混凝土梁试验,基本材料性能试验表明,通温能够使单根SMA丝获取最大为383.9MPa的回复应力,根据SMA的形状记忆效应可以通过预应变和温度有效控制其预应力水平。本文采用了一种新的FRP与SMA分段复合的方式,通过两端复合区预先粘贴固定,可以实现在中间段复合区通过激活区SMA丝材的回复效应引入预应力。复合材料加强后的两试验梁在荷载早期分别提高了16.7%和33.3%开裂弯矩,由于未覆盖纯弯段,其刚度提高水平微小,同时承载能力也仅提升4.9%和8.5%。SMA的使用和布置开拓了预应力引入机制思想,弥补了现有知识和工程缺陷,进一步挖掘新材料在桥梁上的应用,达到了结构受力改善的效果。
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