新型HFRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能研究.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)抗裂和跨越能力是永恒的追求。本研究基于混凝土結(jié)構(gòu)破壞過程與裂紋萌生發(fā)展的因果關(guān)系,提出裂紋主動控制內(nèi)涵,從延緩混凝土開裂、阻止裂紋擴展、避免界面開裂、提高結(jié)構(gòu)綜合力學(xué)性能考慮,研究具有卓越抗裂性能和承載性能的HFRP-混凝土復(fù)合新結(jié)構(gòu),促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)向輕型、大跨發(fā)展。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、裴槍ΜF(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)裂紋控制方法與實際工作狀態(tài)缺乏聯(lián)系和裂紋控制缺乏理論指導(dǎo)的問題,提出了“釋裂”、“阻裂”和“抗裂”三種混凝土結(jié)

2、構(gòu)裂紋主動控制方法,通過理論和試驗研究三種裂紋控制方法的力學(xué)原理,提出了基于裂紋主動控制思想的新型混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)。研究了循環(huán)荷載作用下鋼筋混凝土梁的剛度退化。試驗表明,當(dāng)“釋裂”荷載不超過結(jié)構(gòu)屈服荷載的0.7~0.8倍時,循環(huán)荷載作用下結(jié)構(gòu)塑性位移將收斂,開裂結(jié)構(gòu)仍具有良好的剛度特性。結(jié)合“釋裂”和“阻裂”裂紋控制方法,獲得了一種“抗裂”預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合梁,給出了復(fù)合梁預(yù)應(yīng)力計算公式。“抗裂”復(fù)合梁預(yù)應(yīng)力的分布自然優(yōu)化,預(yù)應(yīng)力損失小。論

3、文提出的裂紋控制方法同樣適用于舊結(jié)構(gòu)加固。
　?、品治隽嘶炷翉?fù)合結(jié)構(gòu)對阻裂增強層材料閉合力和延性性能的要求,結(jié)合試驗研究和有限元分析,給出了強度、楊氏模量以及斷裂延伸率正混雜效應(yīng)系數(shù)綜合評定指標(biāo),獲得優(yōu)選的HFRP復(fù)合材料鋪層設(shè)計,并采用四點彎曲試驗研究了HFRP鋪層設(shè)計的阻裂增強效果。研究表明,GFRP/CFRP層間混雜HFRP斷裂延伸率、強度和楊氏模量混雜效應(yīng)系數(shù)均大幅度提高,HFRP具有顯著的阻裂增強作用。采用有限元方法對

4、復(fù)合梁的止裂高度進(jìn)行了模擬,結(jié)果與試驗吻合。與普通混凝土梁相比,HFRP-混凝土復(fù)合梁開裂荷載和極限荷載均得到大幅度提高,裂紋高度和寬度發(fā)展慢,達(dá)到裂紋基本出齊階段晚,具有卓越的抗裂能力、承載性能和剛度特性。
　?、情_展了HFRP-砼和鋼筋-砼粘接界面性能研究,提出了界面“強粘接”和“弱粘接”概念,揭示了界面粘接破壞機理,在此基礎(chǔ)上提出粘接界面層力學(xué)性能要求。通過大量試驗得到了滿足界面力學(xué)性能要求且性價比高的界面粘接膠。利用設(shè)計的

5、界面雙剪試驗,研究了HFRP-砼中混凝土界面糙化、界面劑、固化壓力和固化溫度對界面剪切性能的影響,獲得了具有優(yōu)良力學(xué)性能的HFRP-砼界面處理方法,界面剪切強度極大提高。通過四點彎曲試驗和有限元分析,表明論文提出的界面粘接技術(shù)能夠顯著改善結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)性能。提出了鋼筋混凝土梁中鋼筋閉合力阻裂機理,得到了鋼筋應(yīng)力和鋼筋-砼界面剪應(yīng)力的關(guān)系。通過理論分析、有限元計算和試驗,研究了鋼筋-砼界面剝離與結(jié)構(gòu)力學(xué)性能之間的關(guān)系,提出了通過改善鋼筋-

6、砼界面粘接性能提高結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性能的方法。
　?、然谇笆鲅芯砍晒?設(shè)計了三種新型HFRP-鋼筋混凝土抗彎復(fù)合梁,并試驗研究了這些復(fù)合梁的抗彎承載性能、彎曲剛度、裂紋分布規(guī)律、破壞形態(tài)以及二次承載性能,在普通鋼筋混凝土梁中首次實現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力,探討了基于裂紋控制方法的HFRP-鋼筋混凝土復(fù)合梁抗彎設(shè)計中的幾個關(guān)鍵問題。試驗表明,裂紋主動控制方法能極大改善混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。新型 HFRP-鋼筋混凝土梁中,HFRP-砼未在較低的承載力下

7、剝離,HFRP未因HFRP-砼界面剝離耗散能量之前就斷裂,達(dá)到一種動態(tài)平衡狀態(tài),結(jié)構(gòu)承載能力和延性極大改善,界面粘接性能研究成果得到了驗證。
　?、煞治隽薍FRP約束混凝土柱延性改善原理,提出了FRP約束柱延性系數(shù)計算方法,通過試驗得到了HFRP約束柱強度和延性的正混雜效應(yīng)。試驗中發(fā)現(xiàn)了FRP約束柱的弱約束現(xiàn)象,提出了強約束柱和弱約束柱概念,給出了不同類型FRP約束柱強度公式,并根據(jù)矩形截面約束柱試驗結(jié)果提出了弱約束柱應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)