GFRP筋混凝土双向板冲切承载力研究及其可靠度分析

Owing to its high strength, light weight and excellent corrosion resistance capability, the use of fiber-reinforced polymer (FRP) bars as an alternative to steel has emerged as an effective solution to overcome the durability problems for concrete structure exposed to harsh environmental conditions. In this project, the punching shear behavior and punching shear strength of concrete two-way slabs reinforced with GFRP-bars under concentric load are studied by means of experimental, theoretical and numerical analysis. The main contents include: (1) From experimental results of the concrete two-way slabs reinforced with GFRP-bars, the punching shear resistance mechanism of stirrups is clarified and the size effect on the punching-shear strength is investigated. (2) The punching shear process is simulated by nonlinear finite element analysis. The key parameters influencing the punching shear capacity are identified through sensitivity analysis. (3) Based on the evaluation of the existing models for punching shear strength, a new model is proposed. (4) Combined with the statistical parameters and distribution of the resistance and the target reliability index, a design model is proposed for the punching shear design of concrete two-way slabs reinforced with GFRP-bars. This study is expected to set a guideline for the following study on the punching shear behavior of concrete two-way slabs reinforced with FRP-bars and be helpful to the punching shear design of concrete two-way slabs.

由于FRP筋具有高强、轻质、抗腐蚀等特点，采用FRP筋替代钢筋能够有效克服钢筋混凝土结构在恶劣环境下的耐久性问题。本项目以GFRP筋混凝土双向板为研究对象，采用试验、理论和数值分析的方法研究GFRP筋钢筋混凝土双向板的冲切行为及其冲切承载力。主要内容包括：(1) 通过试验研究GFRP筋混凝土双向板集中荷载作用的冲切行为，揭示腹筋抗冲切机理，提出冲切承载力板厚尺寸效应规律；(2) 建立非线性有限元模型模拟GFRP筋混凝土双向板冲切过程并进行参数敏感性分析，识别影响GFRP筋混凝土双向板抗冲切承载力的关键参数；(3) 在评估现有冲切承载力计算模型的基础上，建立GFRP筋混凝土双向板抗冲切承载力计算模型。(4) 结合抗力统计特征及目标可靠指标，提出GFRP筋混凝土双向板抗冲切设计模型，并对影响其可靠指标的参数进行敏感性分析。本项目工作将对FRP筋混凝土双向板冲切性能研究和工程实践具有指导意义。

由于FRP筋具有高强、轻质、抗腐蚀等特点，采用FRP筋替代钢筋能够有效克服钢筋混凝土结构在恶劣环境下的耐久性问题。本项目以GFRP筋混凝土双向板为研究对象，采用试验、理论和数值分析的方法研究GFRP筋混凝土双向板的冲切行为及其冲切承载力。本项目围绕FRP筋混凝土板的抗冲切机理这一关键科学问题，开展如下几方面研究：.(1)GFRP筋混凝土双向板的冲切试验研究。该研究以配筋率、混凝土强度等级、冲垮比、柱头尺寸为变化参数，研究了GFRP筋混凝土板在集中荷载作用下的冲切行为。研究结果表明，GFRP筋混凝土板冲切承载力随混凝土强度增加而提高，随配筋率增加而提高，板冲垮比减小和柱头尺寸的增加使试验板冲切破坏面的周长增加，板冲切承载力随之提高。.(2)FRP筋混凝土弯曲构件的抗弯行为研究。该研究考虑FRP筋与混凝土之间的拉伸刚化现象，对FRP筋混凝土梁进行受力全过程进行分析，并将计算得到的弯矩-曲率关系曲线与国外文献中的部分试验曲线进行了对比。同时分析了配筋率和混凝土强度对FRP筋混凝土梁弯矩-曲率关系的影响。.(3)FRP筋混凝土双向板的冲切承载力和变形计算研究。该研究以临界剪切裂缝理论为基础，对FRP筋混凝土单元板作出变形假设，并利用FRP筋混凝土受弯构件三线性与数值模拟的弯矩-曲率关系曲线，对FRP筋混凝土板受力全过程进行了分析。将两种计算模型的理论预测值和国内外文献中大量试件的冲切承载力试验值进行了对比。此外，还对比分析了国内外文献中的部分试验曲线与两种理论模型计算得到的荷载-挠度关系曲线。.(4)基于广义Lambda分布的可靠度计算方法研究。工程结构可靠度计算中，功能函数的概率密度函数往往是未知的。本研究利用结构随机变量的前4阶矩信息，提出了基于广义Lambda分布函数的结构可靠度计算方法。研究结果表明，广义lambda分布参数估计较简便，对于工程中常见的分布具有良好的适应性；基于广义Lambda分布理论计算结构可靠度方法事先无需知道功能函数显式表达式，只需根据功能函数样本数据得到样本数据前4阶矩信息。.以上研究可为FRP筋混凝土板结构的设计和加固提供试验与理论参考。