BFRP(玄武岩纤维)筋混凝土梁的承载机制及受剪承载力评价研究

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自从钢筋混凝土结构问世以来,钢筋锈蚀所造成的混凝土结构耐久性问题始终是土木工程领域亟待解决的重大课题。纤维筋(FRP筋)具有质量轻,抗拉强度高、耐腐蚀性好、绝缘无磁等优点,可以在严酷环境下的混凝土结构中作为补强材代替钢筋,从根本上解决钢筋锈蚀引起的一系列耐久性问题,因此在世界范围内被推广应用。玄武岩纤维筋(以下简称BFRP筋)是继玻璃纤维筋(GFRP筋)和碳纤维筋(CFRP筋)后出现的新型纤维筋,其性能介于两者之间。我国在BFRP增强复合材料领域拥有自主知识产权并具有国际先进水平的生产技术,所以BFRP筋在我国有广大的应用前景。为了促进BFRP筋在混凝土工程领域的应用,有必要深入探究BFRP筋混凝土构件的力学性能。鉴于以上背景,本文通过实验研究对BFRP筋混凝土梁(以下简称BFRP筋梁)的受剪性能进行系统深入的探讨。本文在课题组前期研究基础上拓展了实验方案,以纵筋弹性模量及配筋率、箍筋配筋率、剪跨比等为变量,通过三点加载试验对BFRP筋梁的受剪性能进行研究。通过对破坏模式、受剪承载力、承载机制、试件刚度、开裂荷载、主斜裂缝开口进展等实验结果的深入调查,结合前期研究结果力求揭示BFRP筋梁的受剪承载机制,并在此基础上尝试提出一种更为精确可行的BFRP筋梁受剪承载力定量评价方法。在本研究的范围内,得出以下结论:1、破坏模式及承载力纵筋相对轴向刚度(ρl×El)的提高增加了剪压区混凝土高度,约束主斜裂缝开口进展,并增强了桁架机制,最终带来受剪承载力的提高。BFRP箍筋名义强度(普通钢筋:ρv×fy;BFRP筋:ρv×(0.4fpru))影响到试件的破坏模式和受剪承载力。随着BFRP箍筋名义强度的增加,试件的破坏模式由斜拉破坏(箍筋下端弯曲部断裂)向剪压破坏(剪压区混凝土压坏)迁移。在此迁移过程中受剪承载力随着箍筋名义强度的提高持续增加,但当破坏模式进入受剪破坏后箍筋名义强度对受剪承载力的影响减弱。2、承载机制BFRP筋梁的抗剪承载机制和普通RC梁相似,外部剪力由纵筋与剪压区混凝土形成的“拉拱机制”以及箍筋参与的“桁架机制”共同承担,但两种承载机制发挥的作用受纵筋相对轴向刚度以及箍筋名义强度的影响。当纵筋相对轴向刚度提高时,不仅增强“拉拱机制”,还由于主斜裂缝倾角降低使更多箍筋与之相交,增强了“桁架机制”,两种承载机制的增强是受剪承载力增强的主要原因;箍筋名义强度的提高增强了“桁架机制”,对“拉拱机制”影响并不明确。3、受剪承载力定量评价通过对实验结果的分析,提出了基于国内规范JTG 3362-2018公式修正的FRP筋梁受剪承载力评价公式。通过国内外大量试验数据的验证,以及与各国公式评价结果的对比分析,确认了该修正评价式在准确性、安全合理性,以及应用性等方面的优势。
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