FRP增强膨胀混凝土组合梁在偏心自应力下的力学性能研究

To solve the problems of concrete cracking due to restrained shrinkage and steel corrosion, an innovatively designed hybrid FRP reinforced expansive concrete structural beam was put forward. By laying out FRP with different stiffness at compression and tension region, the expansion property of expansive concrete and reinforcement and confinement of FRP are fully utilized to achieve residule eccentric self-prestress to delay cracking and eliminate corrosion in the hybrid system.Based on previous research outcome, this study will investigate the mechnical properties of the proposed structural beams based on experiment test and theoretical analysis, including expansion strain,shrinkage strain, long-term prestress loss, camber, cracking load, ultimate load, crack width and development and failure mode. The data generated from this research will contribute to the understanding of the mechanical properties of FRP-expansive concrete beams under eccentric self-prestress. It will provide reliable experiment results, theoretical analysis and technical support for the future application of FRP reinforced expansive concrete structural system.

针对常见的受约束混凝土梁易收缩开裂、并导致钢筋腐蚀的问题，提出了一种新型FRP增强膨胀混凝土组合梁。该组合结构通过在梁试件受压区和受拉区布置不等的纤维，充分利用混凝土的膨胀和FRP的外部约束，产生剩余偏心自应力，从而延迟和减少开裂、消除腐蚀。本项目将在前期研究的基础上，通过试验测试和理论分析，探讨该组合结构的膨胀应变、收缩应变、长期预应力损失、预拱度、开裂荷载、最终破坏荷载、裂缝宽度及发展以及破坏形式等力学性能。此项研究对揭示新型FRP-膨胀混凝土组合系统由偏心自应力受纯弯矩力作用下的力学行为规律有重要意义，可对未来的实际工程应用提供可靠的试验结果，理论分析和技术支持。

在约束条件下的混凝土由于收缩会引起开裂，导致内部钢筋遭受腐蚀，严重影响到构筑物的使用性和耐久性。本研究针对混凝土开裂和钢筋腐蚀问题，提出了一种纤维增强树脂（FRP）增强膨胀混凝土组合梁。该组合结构通过在梁试件受压区和受拉区布置不等的纤维，充分利用混凝土的膨胀和FRP的外部约束，产生剩余偏心自应力，从而延迟和减少开裂、消除腐蚀。在本研究中，进行了混凝土的配合比优化设计和材料力学试验、CFRP(Carbon Fiber Reinforced-Polymer)制备和材料性能试验，梁试件静态应变监测试验和预应力损失的计算和理论分析，梁试件的力学性能试验和理论分析。其中静态应变监测分作两批试验，短期监测（28天）和长期监测（平均200天）。通过四点弯曲试验分别对预应力组合梁短期和长期的力学性能进行测试。普通混凝土和轴心对称布置CFRP梁试件也被作为对比试件进行上述试验。试验结果表明，在CFRP增强方式相同的情况下，SHCC(Shrinkage Compensating Concrete)试件比PCC(Portland Cement Concrete)试件表现出了更好的延迟开裂、控制裂缝宽度和发展以及更高的承载力。组合梁的承载力随CFRP配筋率的增加而增大，然而过大的配筋率会使组合梁的破坏形态由弯曲破坏向弯剪破坏转变。在配筋率相同的条件下，相比CFRP对称布置，偏心布置CFRP组合梁试件表现出的抗弯性能更加优越更高的开裂荷载，极限荷载和控制裂缝能力。同时，氧化钙类试件与钙矾石类试件相比表现出了更高的最大膨胀和更小的预应力损失。提出一个改进的GL2000模型计算FRP约束膨胀混凝土的收缩徐变。实验结果和分析模型表现出了较好的一致性。研究揭示了FRP-膨胀混凝土组合系统在预加偏心自应力下的力学性能及短期和长期与应力损失的变化规律，对未来的实际工程应用提供了可靠的试验结果，理论分析和技术支持。