鋼-連續(xù)纖維復合筋及其增強混凝土結構性能研究.pdf

1、結構地震后的可修復性越來越為人們所重視,人們逐漸意識到使混凝土結構具有一定的二次剛度(屈服后剛度)能有效地減小震后殘余變形,實現(xiàn)良好的可修復性。于是國內外學者開始對結構二次剛度的各種實現(xiàn)方式開展了探索性研究,本文提出了用具有二次剛度特性的鋼-連續(xù)纖維復合筋新型材料來實現(xiàn)結構的二次剛度的方法。 另一方面,鋼與纖維增強復合材料(FRP)的復合可以揚長避短,因為:FRP具有強度高、彈模低、延性差、耐久性好、重量輕等特點,而鋼材具有強度

2、低、彈模高、延性好、耐久性差、重量重等特點,兩者互補性較強,兩者復合后的鋼-連續(xù)纖維復合筋(SFCB)有望具備高強度、高彈模、高韌性、耐腐蝕、低成本等綜合性能優(yōu)異的新型結構材料。 基于以上思想,本文對鋼-連續(xù)纖維復合筋(SFCB)及其增強混凝土結構性能開展了相關研究。 本文通過大量的嘗試性試驗,探索出連續(xù)纖維與鋼筋合理的復合方式,完善了鋼-連續(xù)纖維復合關鍵工藝,特別是各界面的處理,并對復合筋的工業(yè)化生產工藝做探索性的研究

3、,利用現(xiàn)有FRP制品的生產設備。生產出性能穩(wěn)定的SFCB工業(yè)化制品。 基于組成材料的本構關系,通過復合法則,對SFCB的單向拉伸性能進行了理論預測：收集、總結和分析常用的鋼筋在往復荷載作用下的應力-應變關系模型,根據(jù)復合法則對SFCB在往復荷載作用下的應力-應變關系進行推導,并給出了理論計算模型。 在試驗和理論分析的基礎上.提出了描述SFCB材料力學性能的相關指標,給出了各個指標的取值方法,建議了基于不同設計思想下SFC

4、B性能的評價原則。 對生產出的SFCB在單調拉伸作用及往復荷載作用下的應力-應變關系、卸載剛度、卸載殘余變形等力學性能進行試驗研究,并與理論計算模型進行比較,并據(jù)此對模型進行了修正。另外,通過對比試驗的方法,對同等環(huán)境下SFCB與普通鋼筋耐腐蝕性能以及SFCB與混凝土的粘結性能進行了試驗研究。 進行SFCB嵌入式加固鋼筋混凝土粱的抗彎性能的試驗研究,對其荷載-位移關系、破壞模式、承載力、剛度、延性,裂縫形態(tài)與分布等性能進

5、行了較為深入的討論和分析。同時與CFRP筋嵌入加固方法進行比較,證明了嵌入SFCB加固混凝土梁能更好地發(fā)揮材料的性能,其加固后混凝土梁的性能能夠得到較大的提高。 基于給定的材料本構關系模型和計算假定,推導了SFCB嵌入法加固RC梁截面的彎矩-嵌入筋應變之間的關系,研究了嵌入不同性能的SFCB對抗彎承載力、破壞模式的影響,并與試驗結果進行比較。 利用編制的彎矩-嵌入筋應變關系計算程序,研究了嵌入式加固RC粱從加載到破壞過程

6、中嵌入筋的應力分布的變化情況,指出了加載點附近的高應力梯度是SFCB嵌入式加固RC梁容易發(fā)生始于加載點的保護層混凝土粘結剝離破壞的原因,并追加了相關試驗對該判斷加以驗證。最后在參考現(xiàn)有的剝離破壞計算模型基礎上,給出了嵌入法加固RC梁粘結剝離破壞的驗算方法以及粘結剝離承載力的計算方法。 以制作的SFCB增強混凝土柱及其對比試件RC柱的抗震性能試驗為研究背景,采用結構抗震分析軟件OpenSeeS模擬試件在擬靜力試驗條件下的結構性能。