论文部分内容阅读
纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)筋是一种高性能的新型筋材,可用来替代传统钢筋,在混凝土结构中具有广泛应用前景。其中,玄武岩纤维增强复合材料(BasaltFiber Reinforced Polymer,BFRP)筋因高性价比、轻质高强和耐腐蚀等优势,得到工程界广泛认可。但另一方面,FRP筋混凝土结构存在裂缝较宽、变形较大等问题,通过回收废旧轮胎中的钢纤维,将其替代传统工业钢纤维掺入FRP筋混凝土结构中,可以限制FRP筋混凝土结构裂缝和变形的发展,降低钢纤维混凝土成本,并改善废弃轮胎带来的环境污染问题。本文将玄武岩筋和废旧钢纤维混凝土相结合,通过试验和ABAQUS有限元模拟对玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能进行研究,主要研究内容及成果如下:
(1)通过玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能试验,分析了试验梁的破坏模式、开裂荷载和极限荷载,研究了试验梁玄武岩筋应力-应变、挠度、裂缝发展以及裂缝宽度的变化规律,综合分析了废旧钢纤维体积掺量和玄武岩筋配筋率对玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能的影响。结果表明:玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯破坏模式可分为混凝土压碎破坏、平衡破坏和玄武岩筋拉断破坏;增大废旧钢纤维体积掺量和玄武岩筋配筋率提高了玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁的受弯性能,废旧钢纤维对限制试验梁裂缝和变形的发展具有显著作用。
(2)基于分形理论对玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能进行分析。验证了玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁表面裂缝分布的分形特征,其分形维数在0.89~1.07之间。研究了梁表面裂缝分形维数与荷载等级、废旧钢纤维体积掺量、配筋率及跨中挠度之间的关系。结果表明:分形维数与荷载等级和跨中挠度均呈对数增长关系;极限状态下,废旧钢纤维的掺入减小了梁表面裂缝的分形维数,其掺量为1.5%时,分形维数最小为0.9722;随着配筋率的增加,梁表面裂缝发展更充分,其分形维数也更大。
(3)利用ABAQUS有限元软件对玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯试验进行模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:有限元模拟结果与试验结果较吻合,验证了该模型对分析玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能的正确性和可靠性,可利用有限元模拟结果为推导理论计算公式提供参考。
(4)基于现有规范并结合试验结果和数值模拟,提出了不同破坏模式下玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯承载力的计算方法以及平衡配筋率计算公式。
(1)通过玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能试验,分析了试验梁的破坏模式、开裂荷载和极限荷载,研究了试验梁玄武岩筋应力-应变、挠度、裂缝发展以及裂缝宽度的变化规律,综合分析了废旧钢纤维体积掺量和玄武岩筋配筋率对玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能的影响。结果表明:玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯破坏模式可分为混凝土压碎破坏、平衡破坏和玄武岩筋拉断破坏;增大废旧钢纤维体积掺量和玄武岩筋配筋率提高了玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁的受弯性能,废旧钢纤维对限制试验梁裂缝和变形的发展具有显著作用。
(2)基于分形理论对玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能进行分析。验证了玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁表面裂缝分布的分形特征,其分形维数在0.89~1.07之间。研究了梁表面裂缝分形维数与荷载等级、废旧钢纤维体积掺量、配筋率及跨中挠度之间的关系。结果表明:分形维数与荷载等级和跨中挠度均呈对数增长关系;极限状态下,废旧钢纤维的掺入减小了梁表面裂缝的分形维数,其掺量为1.5%时,分形维数最小为0.9722;随着配筋率的增加,梁表面裂缝发展更充分,其分形维数也更大。
(3)利用ABAQUS有限元软件对玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯试验进行模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:有限元模拟结果与试验结果较吻合,验证了该模型对分析玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能的正确性和可靠性,可利用有限元模拟结果为推导理论计算公式提供参考。
(4)基于现有规范并结合试验结果和数值模拟,提出了不同破坏模式下玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯承载力的计算方法以及平衡配筋率计算公式。