CFRP筋全珊瑚混凝土梁受剪性能试验研究

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为实现我国陆海统筹,加快建设海洋强国,推动海岛工程建设的快速发展,纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)筋全珊瑚混凝土已成为岛礁基础建设的研究热点。然而,目前FRP筋全珊瑚混凝土的研究主要集中在FRP筋与珊瑚混凝土粘结性能和FRP筋全珊瑚混凝土受弯性能上,FRP筋全珊瑚混凝土的受剪性能试验研究极为缺少。现有的FRP筋混凝土规范都没有考虑剪跨比的影响因素,并且规范对轻骨料类的珊瑚混凝土设计没有明确说明,使得FRP筋全珊瑚混凝土在实际工程设计使用时受到一定的限制。因此,本文选用综合性能较好的CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)筋,制作CFRP筋全珊瑚混凝土梁,考虑不同剪跨比和配箍率因素,研究其受剪性能,并与钢筋试验梁进行对比。主要的研究内容和试验结果如下:(1)对10根CFRP筋有腹筋全珊瑚混凝土梁、2根CFRP筋无腹筋全珊瑚混凝土梁和1根钢筋钢箍全珊瑚混凝土梁、1根钢筋CFRP箍筋全珊瑚混凝土梁进行受剪性能试验,研究其不同剪跨比、不同配箍率条件下的受剪性能的差异性。测量主要内容包括:开裂荷载,极限受剪承载力,跨中与加载点的挠度,斜裂缝和纵筋高度处混凝土裂缝宽度,剪跨区箍筋和受拉纵筋应变等。(2)分析了不同剪跨比(λ=0.95,1.50,2.0)和不同配箍率(0.251%,0.377%,0.628%)的CFRP筋全珊瑚混凝土梁受剪性能,结果发现,剪跨比对试验梁的抗剪承载力影响十分明显,试验梁的抗剪承载力随剪跨比的增大而减小。随着配箍率的提高,试验梁的抗剪承载力增大,但增大幅度不是特别明显。不同剪跨比、不同配箍率的全珊瑚混凝土梁在滑移破坏前与普通混凝土有相似的破坏形态特征,其破坏模式可细分为滑移后的斜压破坏、滑移后的剪压破坏和滑移后的滑移后斜拉破坏,但总的来说是滑移破坏。(3)对纵筋应变和箍筋应变进行了分析,发现CFRP筋最大应变接近8000με,其高抗拉强度没有充分发挥。碳纤维箍筋最大拉应变接近5000με,加载中期后箍筋作用才慢慢凸显出来,但普遍应变在1000με以内,CFRP箍筋的强度利用率和抗剪贡献也较低。钢筋试验梁中,钢箍的围箍作用比较明显,破坏时钢箍基本达到屈服应变,而CFRP箍筋应变远未达到极限应变。(4)基于我国FRP规范GB50608-2010基础上,考虑剪跨比的影响,引入剪跨比影响系数a修正FRP全珊瑚混凝土抗剪承载力计算公式,并将其计算结果与其他规范的计算结果对比,结果表明修正公式具有较好的适用性,可为日后的CFRP筋全珊瑚混凝土结构设计提供参考依据。
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