BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁受弯性能研究
玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋是一种具有轻质高强、耐腐蚀、电绝缘和高性价比等诸多优良特性的环境友好型复合筋材，将其与钢纤维高强混凝土结合，形成BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土结构，在减轻结构自重、提高结构承载力和耐久性的同时，限制其裂缝和变形的发展，提高其延性。而仅在结构的部分截面掺加钢纤维，形成BFRP筋钢纤维部分增强高强混凝土结构，可在发挥以上诸多优点的同时，降低工程造价，具有较好的应用前景。 本文通过1根钢筋钢纤维高强混凝土梁、1根BFRP筋高强混凝土梁和16根BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁的受弯试验，研究了两种不同钢纤维增强形式（全截面增强和部分增强）的BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁受弯性能，探讨了钢纤维体积率、钢纤维混凝土层厚度和FRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁破坏模式、受弯承载力、荷载-挠度曲线、使用荷载、荷载-最大裂缝宽度曲线、平均裂缝宽度、裂缝宽度差异性和延性的影响，建立了BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁受弯承载力、刚度和裂缝宽度的计算方法。主要研究内容及研究成果如下: (1)BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁的受弯破坏模式及承载力计算方法研究 BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁破坏模式可分为FRP筋拉断破坏、混凝土压碎破坏以及平衡破坏。钢纤维体积率、钢纤维混凝土层厚度和FRP筋配筋率均对梁的破坏模式有不同程度的影响。在BFRP筋高强混凝土梁的全截面掺加钢纤维可显著提高其受弯承载力，而仅在部分截面掺加钢纤维对其受弯承载力影响不大。FRP筋配筋率的增大可提高BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁的受弯承载力。结合试验结果，根据不同的破坏模式，提出了考虑钢纤维影响的BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁受弯承载力计算方法。 (2)BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁的变形性能及刚度计算方法研究 钢纤维的加入可提高BFRP筋高强混凝土梁的使用荷载。钢纤维体积率、钢纤维混凝土层厚度和FRP筋配筋率的增大可抑制BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁变形的发展，在0.57倍梁高以下受拉区掺加钢纤维可使梁的变形性能与全截面掺加钢纤维的梁接近。分别基于解析法和有效惯性矩法，考虑钢纤维的影响，提出了BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁刚度计算方法。 (3)BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁的裂缝发展及裂缝宽度计算方法研究 钢纤维体积率、钢纤维混凝土层厚度和FRP筋配筋率的增大可限有效制BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁裂缝的开展，在0.57倍梁高以下受拉区掺加钢纤维对裂缝的抑制作用与全截面掺加钢纤维接近。结合试验结果，提出了考虑钢纤维影响的BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁裂缝宽度计算方法。 (4)BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土梁的延性分析 在BFRP筋高强混凝土梁的全截面掺加钢纤维可提高梁的延性，而在部分截面掺加钢纤维会对梁的延性产生一定程度的负面影响;增加FRP筋配筋率可提高BFRP筋钢纤维复合增强高强混凝土的延性。为了限制FRP筋混凝土梁变形和裂缝发展、提高使用荷载和降低工程造价，建议在实际工程中采用部分增强的钢纤维增强形式，仅在0.57倍梁高以下受拉区掺加钢纤维;而对于对延性有较高要求的BFRP筋混凝土结构，建议采用全截面掺加钢纤维的增强形式。
高强混凝土梁;玄武岩纤维增强聚合物筋;钢纤维;结构增强;受弯性能
郑州大学
博士
水工结构工程
朱海堂
2018
中文
TU375.102
125
2018-09-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）