GFRP筋混凝土受弯试件试验研究

1、 第 届 土 工 用 维 强 合 料 FP应 技 学 全 全 二 全国 木 程 纤 增 复 材 ( 用 术 叁 遨 R 20 . 02 7 中国 . 昆明 与普通钢筋混凝土梁的受力特性相比, F P G R 筋混凝土梁有以下特点: GR 筋混凝土梁的未裂阶段与普通钢筋混凝土梁的未裂阶段相似. FP 由于 G R F P筋不存在屈服点和屈服阶段, G R 故 F P筋混凝土梁与普通钢筋混凝土梁相比, 开裂阶段和破坏阶段没有明确的界限. F P筋混凝土梁的裂缝较宽, GR 延伸位置较高, 目与钢筋混凝土梁相比也较多, 数 而且挠度 变形也较大.这主要是由于螺纹 G R F P筋和混凝土之间具有良好

2、的粘结性能和 G R F P筋弹性模 量较低所致 . 5 正截面承载力, 裂缝及挠度计算 由于 G R P筋在受弯构件中通常用作纵向受力钢筋, G R F 因此 F P筋受弯构件的正截面承载力 计算, 裂缝宽度计算和挠度变形计算等都是必需讨论的重要问题.考虑到 G R F P筋混凝土受弯构 件和钢筋混凝土受弯构件在受力特征上有相当的类似之处, 为便于应用, 对试验中 G R F P筋混凝 土梁的正截面受弯承载力, 裂缝宽度及挠度变形等计算暂按 混凝土结构设计规范G J 9 ( B 1-8 0 对钢筋混凝土受弯构件的计算方法进行计算( 为便于比较, 同时也对钢筋混凝土梁进行了相应 的计算 . 5

3、1 正截面受弯承载力计算 . 如果G R 筋混凝土梁的破坏是由于G R 筋在受压区混凝土被压碎前先被拉断而发生的, P F FP 就将其定义为适筋破坏; 如果 G R F P筋受弯构件的破坏是由于受压区混凝土在 G R F P筋被拉断前 先被压碎而发生的, 则就将其定义为超筋破坏.这两种破坏形态也可像钢筋混凝土受弯构件一样, 先根据平截面假定求出G R 筋混凝土受弯构件界限状态相对的受压区高度 氛 , FP 再根据 G R FP 筋受弯构件的 计算受压区高度￥ " 关系来进行判别. f 的 和泞 如果满足条件E f 即为适筋破坏, f a (E , 否则就是超筋破坏.对 G R 筋,

4、 F P 根据平均应变平截面假定, 其界限状态相对的受压区高度 称可 按下式计算 ' 0 一 . 8 f f 人 , 二 万 氛二 井于尸 厂, V. 6Gf V V5 上式中, 九取为G R 筋的名义屈服强度几 = . a FP 434 , 0 M 凡取G R 筋的弹性模量, =41 P FP 肠 .X 1" a代人上式可得: 0MP , 今 =08 ( t 34(.03 . X ' .0 02 ./1 0./003 X 1 0 = 4 4 1 对于第二组试件, 已知b 2m ,= 0m ,o 5 m A 4m ' = 7S P.由 =10 m h 20 m

5、 h=1 m ,f 2 m . 二 1. a 6 =1 人 M 以上数据可得: f =12 0./1. X 0 6 .6 氛 二02 f 4 X 34(78 2 X 5 二01 < 4 1 1 .0 对于第三组试件, 已知b 2m ,= 0m , 二15 m A 23 m , 二 1. a =1 m h 20 m h 6m ,f 1m ' = 7S .由 0 . = 大 MP 以上数据可得: 导 =23 0./1. X10 6 .4 =02 > 氛 二02 1 X434(78 2 X15 .0 计算结果表明, 第二组试件中G R 筋配筋较少, <氛,F P FP 务

6、G R 筋在受压区混凝土被压碎前 先被拉断而导致梁达到极限受弯承载力, 属适筋破坏; 第三组试件中G R 筋配筋较多, FP 务>氛, 受压区混凝土在 G R F P筋被拉断前先被压碎而导致梁达到极限受弯承载力, 属超筋破坏.以上分 析与试验中所观察到的情况也是一致的. 各组试件正截面受弯承载力计算过程见表 4 , .29 5 第 届 国 木 程 纤 增 复 材 (P 里 二 全 土 工 用 维 强 合 料F 垫进*Z - 0生进旦j塑一. Ra 丝 22 0. 一 襄4 各试件正俄面受奇承载力分析计算过程 组号 1 2 3 A 或 A厂 ( -m' 17 5 12 4 21 3

7、 m o ( , m ( B m m h 10 2 人或f r ( a MP 346 1. 434 0 . 4 34 0 . ( Pa M f - F 0 1 .9 0 1 . 6 02 .4 乌 M' 宝 从实 M n k m / . ( N .m ( N · k 城 卜 98 9 . 15 6 15 6 15 G 1. 78 1. 78 1. 78 0 1 .7 01 .5 01 .8 92 . 4 93 .0 1 . 09 3 10 .7 09 .4 10 2 10 2 87 2 . 1.7 04 09 . 6 从表 4中可以看出: 应用现行计算钢筋混凝土受弯构件的方法

8、, G R 对 F P筋混凝土受弯构件 进行承载力计算, 计算结果与试验结果的符合性基本良 好.因此可以认为,F P G R 筋混凝土梁的正 截面设计可按照普通钢筋混凝土梁的正截面设计方法进行. 52 裂缝宽度计算 . GR F P筋混凝土梁的裂缝宽度的计算按 混凝土结构设计规范G JO 9 中对钢筋混凝土 ( B I-8 梁裂缝宽度的计算方法进行, 由于规范考虑了长期荷载效应的影响, 而本次试验不存在长期效应, 故应将规范公式算得的结果除以长期荷载效应系数 15各组梁试件在 5荡极限荷载作用时的最 ., 0 大裂缝宽度的计算结果见表 5 , 衰 5 各试件.大裂缝宽度的分析计算结果 组号 1

9、 2 3 从 (N · k m 46 .2 46 .5 54 .7 o( . , MP 25 0 28 2 19 7 P " 00 3 .1 伞 0 64 .2 W, m t (m 01 .1 05 .2 03 . 7 W' m , m ( 0 1 .0 04 .8 0 3 .7 W r / WT 11 .0 10 .8 10 .0 002 .1 00 8 .1 067 . 3 077 . 0 从表 5 可以看出: 对于G R 筋混凝土梁来说, FP 其实测值与计算值符合基本良 好.由于目前 尚无专门规范, 规程可循, 如近似采用钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度计算公式

10、计算 G R F P筋混 凝土梁的裂缝宽度, 其计算精度可满足工程要求. G R 筋混凝土梁的 FP 平均裂缝间距小于同条件的普通钢筋混凝土梁, 而裂缝宽度与同条件的 普通钢筋混凝土梁相比要宽, 约为普通钢筋混凝土梁裂缝宽度的 3 - 倍.但鉴于 G R 5 F P筋极好 的抗腐蚀性能, 因此其裂缝宽度的限制条件可适当放宽. 53 挠度计算 . G R 筋混凝土梁的挠度计算按 FP 混凝土结构设计规范G J 9 ( B1-8 0 中对钢筋混凝土梁挠度 的 计算方法进行, 于规范考虑了长期荷载效应的影响, 由 而本次试验属于短期荷载, 故应将规范公 式中的长期刚度用短期刚度代替来计算挠度.各组梁

11、试件在 5%极限荷载作用时的挠度计算结 0 果列于表 6 . 衰 ' 各试件挑度计茸值与实侧位 组号 1 2 3 口 e P 尽( m ' N· m 5 3 1, 9只 0 计算值 九 ( m m 26 .9 1 . 00 9 实测值f ,m (m 23 .0 1.4 08 f/ r几 + 11 . 7 09 .3 10 ,7 60 . 3 007 . 9 0 00 7 .02 14 .8 14 .8 1 9 0 5 X ' 1 2 4 1, 1只 0 001 .1 88 .2 82 .1 从表 6 可以看出: F P G R 筋混凝土梁挠度的试验值与计算值也

12、比较接近, F P筋混凝土梁 GR 的挠度采用钢筋混凝土受弯构件的挠度计算公式计算, 其计算精度可满足工程要求.同时比 较第 一组试件与第二组试件的挠度可看出: 在混凝土力学性能及钢筋或 G R F P筋配筋量相同的前提 20 . 6 第 届 国 木 程 纤 增 复 材 (尸 丝 丝 主 ! 二 全 土 工 用 维 强 合 料F ! R应 全丝 倍, 这主要是由于 G R 筋的弹性模量远小于钢筋的弹性模量所致. FP 20. 027 中国 ·昆明 下, F P筋混凝土梁的挠度要大于同条件的钢筋混凝土梁, GR 约为普通钢筋混凝土梁挠度的 3 -5 6 结束 语 本文参照研究钢筋混凝土

13、梁受弯性能的方法对 G R F P筋混凝土梁的受力性能进行了研究, 得 出了如下结论 : ( R 筋混凝土梁的 P 1G P F - 4挠度曲线上仅有一个转折点, 该点对应与 G R F P筋混凝土梁的 开裂点.自 梁开裂后, P 其 - 挠度曲线基本为一直线. I ( R 筋混凝土梁的受力过程包括两个阶段, 2G P F 即未裂阶段和开裂阶段.其中开裂阶段与 钢筋棍凝土梁的开裂阶段以及破坏阶段相对应. (由于 F P筋混凝土梁的挠度变形较大, G R 3 同时为充分发挥 G R F P筋的强度, 使用预应力 G R 筋混凝土则显得很有必要; FP 或者设法提高G R 筋的弹模. FP ( R

14、 筋混凝土梁的正截面承载力计算可以参照钢筋混凝土梁的计算方法进行. 4G P F ( R 筋混凝土梁的裂缝宽度计算可以参照普通钢筋混凝土梁的裂缝计算公式进行; 5G P F G R 筋混凝土梁的裂缝宽度约为同条件普通钢筋混凝土梁裂缝宽度的 3 倍. FP -5 ( R 6 G P筋混凝土梁的挠度变形也可按钢筋混凝土梁的挠度计算公式进行计算.G R F F P筋 混凝土梁的挠度变形大于同条件钢筋混凝土梁的挠度变形, 其挠度约为钢筋混凝土梁挠度的 3 -5 倍. F P G R 筋混凝土梁的刚度可能成为其设计的首要控制因素. 当然, 本文所进行的工作只是初步的, 尚有许多问题还有待进一步研究, 例

15、如对 G R F P配筋构 件的计算方法进行研究; 如何克服 G R F P筋混凝土梁的大挠度问题, 充分发挥 G R F P筋的强度等. 参考文献 C allB Bn or e P lu ad n o Gas i e d E bde i C nr e Cm n Got 1 O haa . m ka . l t B d l -b R s edd oc t ad et u. . l, e n uo n o f s f r o m n e n e r Maei s S utrs19 ,6 1 7 7 ad rcue, 3 2 :6 - 15 tr l n t a 9 L Bo n C L Br o

16、 m w F P ioc g r i R i o e C nr e m e . I t is 2 V . w , . t l e . R n rn B s e f cd c t Me br A M ea . r . a h o R e f i a n n r o e s C a rl Junl 9 39 0 -3 19 ,0 ; 9 o ra, 3 4 Saa ae , R E s i i r m oi Br R iocd nr e nt co. ra o 3 H a t ns M. ha . e C pse f e f e C c t C s utn Junl . d m h . n F b

17、 o t a o r n r o e o r i o f C m oi Ma r l 912 ( 18 0 e t is 19 ,52 ;822 o ps t e a , Sn M. , u , Saa y Sac sos o Fbrl s t s nd a s A C , rao 4 R e, I a Z Sn M. hw . t R pne i g s Pe ni e B m . E Junl . s s . h ti e f e a r e o e S o f Srcu l19 ,2 0 2 2 2 a,9 2 1 0 :5 - 8 tu tr 6 Bn or e B Tgi a . C

18、 all od r gh d a Ds i tn C m oi G R 5 B em k n, i o r . aa Bn S e t a L d tb i o o pse P . a . h u t O h l. tn n o ir uo f t F R i oc B s oc e C Ma r lJunl 19 ,33 ;4 23 g r i C nrt A I t is ra, 69 (26 -5 e frn a n e . n i ea o 9 J M l r T ni ad n Poe i o G R R ioc g r A I t is ra 19, 6 L . v . se B

19、d pre f P n r n B s C M e a Junl 95 9 . a a e l n o r ts F e f i a . a rl o , 2 ( 2 6 -8 5 3 17 - 2 2 1 6 GFRP筋混凝土受弯试件试验研究 作者: 作者单位: 茅卫兵, 钱锐, 章定国 茅卫兵(江苏省城乡规划设计研究院(江苏南京, 钱锐(南京电信局通信建设部(江苏南京, 章定国(河海大学土木工程学院(江苏南京 相似文献(4条 1.期刊论文 张雪忠.钱锐.茅卫兵 预应力GFRP筋混凝土梁受弯性能研究 -江苏建筑2003(2 参照研究预应力钢筋混凝土梁受弯性能的试验方法,对预应力GFRP筋混凝

20、土梁的受弯性能进行了研究,得出了预应力GFRP筋混凝土梁的荷载挠度曲线,并对其受力过程进行了较为详细的分析. 2.学位论文 茅卫兵 混凝土结构中新型钢筋代用材料FRP筋的配筋试验研究 1998 该文对混凝土结构中的新型钢筋代用材料GFRP筋进行了较为系统的试验研究.主要进行了研究工作如下:在广泛收集国外资料的基础上与国内专业生产厂家合作生产出了国内首批GFRP筋;通过对36个拉拔试件所进行的试验研究,得出了GFRP筋在周围不同环境介质中的粘结锚固性能,从而为GFRP筋应用于混凝土结构提供了可靠保证;通过对7根GFRP筋混凝土梁和 4根预应力GFRP筋混凝土梁所进行的试验研究,得出了GFRP筋混凝土梁和预应力GFRP筋混凝土梁在竖向荷载作用下的弯曲性能的试验结果,并利用现行规范对GFRP筋混凝土梁和预应力GFRP筋混凝土梁的正截面弯曲承载力,裂缝以及挠度进行了计算;计算结果表明:计算值与实测值符合良好. 3.期刊论文 陈达.江朝华.张玮.