FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯性能与设计方法研究

针对钢筋混凝土梁钢筋锈蚀、易开裂和FRP筋混凝土梁裂缝过宽、变形过大等关键问题，通过短期和长期荷载作用下FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯试验和数理统计、非线性有限元、塑性理论、结构时变理论等方法，分析FRP筋用量、钢纤维类型及其掺量、钢纤维高强混凝土层厚、混凝土强度、受荷龄期等因素对FRP筋钢纤维高强混凝土梁开裂、裂缝宽度、刚度、延性及承载力的影响，提出梁的承载力塑性计算和受弯全过程数值模拟方法，研究梁的裂缝扩展、变形增大和受弯失效机制及其时变规律，建立FRP筋钢纤维高强混凝土梁开裂荷载、裂缝宽度、短期和长期刚度、受弯承载力和延性的力学模型，提出相应的计算方法以及满足安全和适用性要求的FRP筋适宜配筋率、钢纤维合理掺量、界限钢纤维高强混凝土层厚等构造要求。预期成果对丰富和发展FRP筋混凝土结构、纤维混凝土结构设计理论，推动FRP筋和钢纤维高强混凝土的工程应用具有重要的理论意义和实用价值。

针对钢筋混凝土梁钢筋锈蚀、易开裂和FRP筋混凝土梁裂缝过宽、变形过大等关键问题，进行了8根短期荷载作用下FRP筋钢纤维高强混凝土梁、16根不同荷载水平长期荷载作用下FRP筋钢纤维高强混凝土梁和10根短期荷载作用下FRP筋钢纤维部分增强混凝土梁的受弯性能试验，研究了短期荷载作用下FRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯破坏形态与破坏特征和长期使用荷载作用下FRP筋钢纤维高强混凝土梁裂缝宽度与挠度的时变规律，分析了FRP筋用量、钢纤维体积率、钢纤维混凝土层厚、长期荷载持荷水平等因素对FRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯性能的影响，并与钢筋钢纤维高强混凝土梁、FRP筋高强混凝土梁的受弯性能进行了对比。在试验研究的基础上，基于结构设计原理和钢纤维对高强混凝土的增强增韧机理，提出了短期荷载作用下FRP筋钢纤维高强混凝土梁和FRP筋钢纤维部分增强混凝土梁的裂缝宽度、挠度及受弯承载力计算方法；考虑混凝土徐变和FRP筋应力松弛特点，提出了长期荷载作用下FRP筋钢纤维高强混凝土梁的裂缝、变形计算方法。研究成果对丰富和发展FRP筋混凝土结构和钢纤维混凝土结构计算理论，推动FRP筋和钢纤维高强混凝土在严酷环境下土木工程中的应用具有重要的理论意义和应用价值。