新型HFRP-混凝土復合結構及其力學性能研究.pdf

1、混凝土結構抗裂和跨越能力是永恒的追求。本研究基于混凝土結構破壞過程與裂紋萌生發(fā)展的因果關系,提出裂紋主動控制內涵,從延緩混凝土開裂、阻止裂紋擴展、避免界面開裂、提高結構綜合力學性能考慮,研究具有卓越抗裂性能和承載性能的HFRP-混凝土復合新結構,促進混凝土結構向輕型、大跨發(fā)展。本研究主要內容包括：
　　⑴針對現(xiàn)有混凝土結構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的問題,提出了“釋裂”、“阻裂”和“抗裂”三種混凝土結

2、構裂紋主動控制方法,通過理論和試驗研究三種裂紋控制方法的力學原理,提出了基于裂紋主動控制思想的新型混凝土復合結構。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“釋裂”荷載不超過結構屈服荷載的0.7~0.8倍時,循環(huán)荷載作用下結構塑性位移將收斂,開裂結構仍具有良好的剛度特性。結合“釋裂”和“阻裂”裂紋控制方法,獲得了一種“抗裂”預應力混凝土復合梁,給出了復合梁預應力計算公式?！翱沽选睆秃狭侯A應力的分布自然優(yōu)化,預應力損失小。論

3、文提出的裂紋控制方法同樣適用于舊結構加固。
　?、品治隽嘶炷翉秃辖Y構對阻裂增強層材料閉合力和延性性能的要求,結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系數(shù)綜合評定指標,獲得優(yōu)選的HFRP復合材料鋪層設計,并采用四點彎曲試驗研究了HFRP鋪層設計的阻裂增強效果。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、復合梁的止裂高度進行了模擬,結果與試驗吻合。與普通混凝土梁相比,HFRP-混凝土復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,在此基礎上提出粘接界面層力學性能要求。通過大量試驗得到了滿足界面力學性能要求且性價比高的界面粘接膠。利用設計的

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能夠顯著改善結構的宏觀力學性能。提出了鋼筋混凝土梁中鋼筋閉合力阻裂機理,得到了鋼筋應力和鋼筋-砼界面剪應力的關系。通過理論分析、有限元計算和試驗,研究了鋼筋-砼界面剝離與結構力學性能之間的關系,提出了通過改善鋼筋-

6、砼界面粘接性能提高結構宏觀力學性能的方法。
　?、然谇笆鲅芯砍晒?設計了三種新型HFRP-鋼筋混凝土抗彎復合梁,并試驗研究了這些復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)了預應力,探討了基于裂紋控制方法的HFRP-鋼筋混凝土復合梁抗彎設計中的幾個關鍵問題。試驗表明,裂紋主動控制方法能極大改善混凝土結構力學性能。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,達到一種動態(tài)平衡狀態(tài),結構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。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果提出了弱約束柱應力-應變關