纖維增強(qiáng)筋(Fiber Reinforced Polymer Bar,FRP筋)在海洋、鹽堿以及氯離子等惡劣環(huán)境中表現(xiàn)出了優(yōu)良耐腐蝕性,利用FRP筋代替鋼筋成為混凝土結(jié)構(gòu)的受力筋可以根本上解決環(huán)境侵蝕造成的結(jié)構(gòu)安全性等問(wèn)題,FRP筋混凝土構(gòu)件已經(jīng)成為解決鋼筋混凝土構(gòu)件耐腐蝕性問(wèn)題最有效的方法之一。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)FRP筋混凝土受彎構(gòu)件的研究比較多,對(duì)其截面配筋計(jì)算已經(jīng)制定了相關(guān)規(guī)范,但是對(duì)FRP筋混凝土受壓構(gòu)件的研究不多,還沒(méi)有形成較為標(biāo)準(zhǔn)的截面配筋計(jì)算方法,同時(shí)對(duì)FRP筋混凝土構(gòu)件的最小和最大縱筋配筋率還沒(méi)有提出明確的計(jì)算公式。工程中受壓構(gòu)件一般承受偏心荷載,本文對(duì)偏心荷載作用下GFRP筋混凝土柱進(jìn)行了試驗(yàn)和截面配筋計(jì)算的研究,提出區(qū)分GFRP筋混凝土柱偏心類型的界限和縱筋配筋計(jì)算方法,并對(duì)GFRP筋混凝土柱最小和最大縱筋配筋率計(jì)算方法進(jìn)行了研究。本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作:第一,偏心荷載作用下GFRP筋混凝土柱受壓試驗(yàn)。試驗(yàn)包含7根GFRP筋混凝土柱,考慮縱筋配筋率和偏心距對(duì)試件失效模式、極限承載能力和截面受力狀態(tài)等方面的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明,GFRP筋混凝土柱主要有兩種失效模式:1)受壓區(qū)混凝土壓碎;2)受拉區(qū)GFRP筋拉斷;縱筋配筋率是影響試件破壞特征的主要因素;在第一種破壞模式情況下,極限承載力與縱筋配筋率成正比,與偏心距成反比;試件的變形能力隨著縱筋配筋率的增大而減小;第二,根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果和鋼筋混凝土偏心受壓柱相關(guān)內(nèi)容,當(dāng)GFRP筋混凝土柱達(dá)到預(yù)期破壞模式時(shí),即受壓區(qū)混凝土壓碎,可以將GFRP筋混凝土柱分為部分截面受壓和全截面受壓兩種偏心受壓類型,根據(jù)GFRP筋的受力特點(diǎn),提出了區(qū)分兩類偏心類型的臨界偏心距計(jì)算公式以及兩種偏壓類型的GFRP筋混凝土柱截面縱筋配筋率計(jì)算方法。第三,通過(guò)截面配筋計(jì)算得到的縱筋配筋率不一定能夠滿足工程需求,同防止鋼筋混凝土構(gòu)件發(fā)生少筋和超筋破壞類似,界定GFRP筋混凝土柱的“適筋”范圍具有非常重要的工程意義,本文主要做了以下三方面工作:1)在規(guī)范規(guī)定的FRP筋混凝土受彎構(gòu)件最小縱筋配筋率計(jì)算公式基礎(chǔ)上,提出了符合工程實(shí)際的GFRP筋混凝土受彎構(gòu)件和GFRP筋混凝土柱的最小縱筋配筋率計(jì)算公式;2)提出了考慮混凝土收縮、徐變和強(qiáng)震作用下卸載規(guī)律的GFRP筋混凝土柱最大縱筋配筋率計(jì)算公式。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU37
【部分圖文】：

圖 1.1 FRP 筋制作工藝（1）芳綸纖維筋（AFRP 筋）1972 年，美國(guó)杜邦公司在制造一種人造有機(jī)纖維時(shí)，采用了芳綸纖維為主要材料進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，一般情況下 AFRP 筋具有較小的密度，說(shuō)明其重量會(huì)比較輕，同時(shí)具有很高的強(qiáng)度以及較高的彈性模量。（2）碳纖維進(jìn)（CFRP 筋）1959 年，碳纖維筋在美國(guó)一家公司問(wèn)世，其高強(qiáng)度和高彈性模量成為了其高性能的原因，但是碳纖維筋的造價(jià)一般比較高。（3）玻璃纖維筋（GFRP 筋）玻璃纖維是最早研制出來(lái)的纖維增強(qiáng)材料，以此材料為基礎(chǔ)制作成的玻璃纖維筋目前在橋梁和房屋建構(gòu)應(yīng)用的最為廣泛，1942 年，美國(guó)橡膠公司對(duì)碳酸樹脂和玻璃纖維的結(jié)合進(jìn)行了多次嘗試，通過(guò)各種試驗(yàn)結(jié)果，研發(fā)出了 GFRP 筋，在歐洲，一些國(guó)家通過(guò)不斷探索和嘗試，將此種材料進(jìn)行加工制作成了現(xiàn)在的GFRP 筋材，并開始了相關(guān)研究工作，GFRP 筋相比 CFRP、AFRP 筋來(lái)說(shuō)，彈性模量是最低的，但是相對(duì)于鋼筋仍然有很高的抗拉強(qiáng)度，并且由于其造價(jià)成本最

圖 1.2 美國(guó) Morristown 大橋（2）加拿大加拿大目前是將 GFRP 筋用于結(jié)構(gòu)中最多的國(guó)家，并與 2006 年第一部關(guān)RP 筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)性規(guī)范——CSA-S806-06，該規(guī)范關(guān)于 FRP 筋土結(jié)構(gòu)的最新版本為 CSA-S806-12，并建造了大量的 FRP 筋混凝土結(jié)構(gòu)。1，加拿大馬尼托巴建造了一座以 CFRP 筋和 GFRP 筋代替鋼筋 Headingley；2006 年，在加拿大溫尼伯格紅河上建造了一座泄洪大橋，該橋由 16 跨組成跨約 15.3m×43.5m，所有的混凝土結(jié)構(gòu)均采用 GFRP 筋，GFRP 筋總量約 ，是世界上使用非金屬增強(qiáng)筋最大的橋梁，同時(shí)在加拿大魁北克利用 GFRP凝土結(jié)構(gòu)作為橋面板的橋梁還包括沃頓大橋、馬格大橋、庫(kù)克希爾伊頓大橋于使用了 GFRP 筋作為受力筋，這些橋在服役的 10 年期間，沒(méi)有出現(xiàn)任何侵蝕發(fā)生承載力退化等現(xiàn)象。（3）歐洲在歐洲，德國(guó)是最早將 FRP 筋應(yīng)用到實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的國(guó)家，建造了預(yù) FRP 筋高速公路。1986 年，在德國(guó)首次將 GFRP 筋作為預(yù)應(yīng)力筋運(yùn)用在了

圖 1.3 FRP 斜拉人行天橋二十世紀(jì)九十年代初，BRITE/EURAM項(xiàng)目在德國(guó)和荷蘭等歐洲國(guó)家的推啟動(dòng)，該項(xiàng)目主要針對(duì)無(wú)機(jī)纖維筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行詳細(xì)的研究同時(shí)，歐洲各國(guó)開展了相關(guān)合作，啟動(dòng)了《高性能纖維復(fù)合材料加固混凝土設(shè)計(jì)指南》項(xiàng)目，在該項(xiàng)目的推動(dòng)下，歐洲國(guó)家對(duì)FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件能有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在這些研究認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，瑞士建造了一座完全由混凝土結(jié)構(gòu)建造的蓬特雷西納橋，該橋位于瑞士的FLANZ河上；在20世紀(jì)代末期，在瑞士的巴塞爾建成了一座框架結(jié)構(gòu)房屋，該結(jié)構(gòu)主體全部為FR凝土框架結(jié)構(gòu)，該建筑是當(dāng)時(shí)利用FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)建造的最高的建筑之（4）日本日本在上世紀(jì) 90 年代成為應(yīng)用 FRP 筋最廣的國(guó)家之一，大約有 100 多個(gè)建筑和商業(yè)大樓是用了 FRP 筋。由于日本處于沿海國(guó)家，日本對(duì)鋼筋混凝銹蝕問(wèn)題非常重視，在 20 世紀(jì) 90 年代啟動(dòng)了無(wú)機(jī)纖維筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)劃[20]，碳纖維筋混凝土結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展。（5）中國(guó)
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本文編號(hào)：2853415