正常使用状态下GFRP筋混凝土梁长期受弯性能分析方法及时随机理研究

The long-term working mechanism of concrete structures reinforced with FRP bars is one of the important problems in structural design and engineering application. While, it's siginficantly necessary to carry out further study to develop theoretical analysis and obtain some reliable data, with the consideration of the material properties of FRP bars. The main objective in this project is to investigate the time-dependent flexual working mechanism of concrete beams reinforced with GFRP bars subjected to sustained loading, based on the existing research achievements on FRP bars reinforced concrete structures and the research accumulations on time-dependent effects of reinforced concrete structures from the applicant's Ph.D study. With innovative ideas and optimized experimental methods, the project woulde be carried out through theoretical analysis, FEM simulations and long-term experimental tests. This study will be developed as follows: (1) With the long-term creeping test of GFRP bars, resin and fibers, an optimized theoretical method will be proposed. This study should be focused on the creeping effect and evolution of GFRP bars; (2) Based on the numerical simulation and long-term experimental tests, the parametric study will be conducted for the selection of some time-dependent variables. The theoretical analysis of long-term flexural behaviour of GFRP reinforced concrete beams can be established; (3) A comprehensive, accurate and simplified prediction method of long-term deflection of GFRP reinforced concrete beam will be proposed in this study. A set of formulas and charts, revised by multi-factor effects obtained from experimental tests and curve fitting, will be given.

FRP筋混凝土结构长期工作性能是工程设计应用中不容忽视的关键问题之一，需结合FRP材料特性进行更深入的理论研究，并获取更多可靠的数据验证。本项目拟基于国内外FRP筋混凝土结构构件初始及长期性能的既有研究成果，结合申请人博士期间钢筋混凝土结构长期效应研究工作的积累，围绕正常使用状态下GFRP筋混凝土梁长期受弯性能及主要时随因素的影响规律等核心问题，创新研究思路，优化试验方法，将理论分析、仿真模拟和长期试验有机结合、相互推进，具体开展以下探索性研究：一是基于GFRP筋及树脂、纤维的长期蠕变试验，重点研究GFRP筋蠕变效应的本质及演化机理，优化建立预测模型；二是结合仿真模拟和长期试验，分析各类重要时随效应参数取值计算方法，重点构建GFRP筋混凝土梁长期受弯性能的理论分析体系；三是通过多因素影响效应的理论及试验对比研究和系数曲线拟合，重点建立考虑全面、精度较高的GFRP筋混凝土梁长期变形简化算法。

将FRP筋合理地应用于新建混凝土结构符合工程领域中应用和发展新型、环保、高性能建筑材料的基本趋势，特别是其作为受拉筋应用于混凝土梁、板及预应力构件中最具合理性及推广应用价值。本项目基于国内外已有研究基础及课题组的相关研究积累，重点围绕着GFRP筋应用于新建混凝土结构构件的合理性、适用性和耐久性等问题开展了研究工作，从GFRP筋及混凝土材料的长期性能、时变特性、非荷载效应等多方面、多角度开展长期试验、非线性仿真分析及理论研究等工作，最终针对GFRP筋混凝土梁在正常工作状态下的工作性能、耐久性能等问题进行研究，探讨了GFRP筋应用于新建混凝土受弯构件合理替代钢筋的可行性。.本项目具体在正常工作状态下GFRP筋长期时变性能、混凝土受弯构件长期时随效应、正常工作状态下GFRP筋混凝土受弯梁短、长期变形及影响规律、GFRP筋混凝土受弯梁长期变形算法等方面开展了具体研究工作，取得的主要发现及成果包括：.一是揭示了GFRP筋在混凝土长期包裹环境下基本力学性能保持良好；.二是在正常工作应力长期持荷条件下，混凝土包裹的GFRP筋长期蠕变效应发展相对稳定、缓慢，对混凝土受弯构件长期变形影响较小；.三是探讨了混凝土水平构件长期非荷载效应不同预测模型的准确性，并直接应用于多个大型混凝土工程；.四是重点研究了正常工作状态下GFRP筋混凝土梁从初始加载至破坏全过程的变形及裂缝发展情况，提出了相关的设计优化方法；.五是研发了针对筋材蠕变、梁试件变形等各类长期稳定持荷的加载测试设备，有效节省了试验成本及场地空间；.六是在长期试验及有限元开发的基础上，重点研究了GFRP筋混凝土梁长期变形的发展变化规律，建立完善了长期变形预测分析方法。.通过本项目研究，进一步摸清了正常使用状态下GFRP筋混凝土梁长期工作机理，补充和丰富了GFRP筋及其包裹于混凝土构件中的长期性能数据，完善了在新建混凝土结构中科学应用FRP筋的理论方法，有利于推动FRP在新建混凝土结构中的合理、广泛应用。