GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁受力性能与设计方法

针对土木工程中日益严重的钢筋锈蚀问题,以及FRP筋混凝土结构刚度低、挠度大和强度利用率低等缺点，本项目旨在发展新型高耐久性GFRP/钢绞线复合筋混凝土结构。首先，对GFRP/钢绞线复合筋的粘结性能进行试验研究，给出最佳肋参数的建议值，提出粘结强度、锚固长度和混凝土保护层厚度的计算方法，并构建粘结-滑移本构关系模型；其次，对配筋率不同的GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的力学性能进行试验研究，并提出最小配筋率、最大配筋率和安全配筋率的计算方法；再次，提出满足安全配筋率要求的GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁承载力极限状态的计算方法和正常使用极限状态的验算方法；最后，根据数值模拟、试验研究和理论分析的结果，提出新型设计指标，给出GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的设计方法。通过以上系统研究，可形成一套完善实用的GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁数值模拟、试验研究、性能分析与设计方法，为其推广及应用提供科学依据

土木工程基础设施，如桥梁、海洋结构、海港码头、大坝、隧道等使用期都长达几十年，甚至上百年。在其服役过程中，在潮湿、温度变化、氯离子等恶劣环境下，钢筋容易产生锈蚀，结构不可避免地产生损伤累积和抗力衰减，使其抵抗自然灾害的能力下降，甚至引发灾难性的突发事故。如何提高钢筋混凝土结构的耐久性，是土木工程急需解决的问题。.本项目研究内容采用的GFRP/钢绞线复合筋的抗拉强度和耐腐蚀能力优于钢筋，可以解决钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀问题；同时，其弹性模量和屈服性能优于纯GFRP筋，可以较好地弥补GFRP筋混凝土结构挠度大、裂缝宽的缺陷。可以预见，GFRP/钢绞线复合筋混凝土结构的力学性能、耐久性能好，可以首先被应用于桥梁结构构件，提高其耐久性与安全性。.本文在自行研制GFRP筋和GFRP/钢绞线复合筋的基础上，对GFRP筋与混凝土的粘结性能、GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结性能、GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的力学性能和设计方法进行了系统的研究，主要研究内容如下：.首先，利用拉拔试验，基于直径、锚固长度、混凝土强度、保护层厚度和混凝土浇筑深度对粘结强度的影响，研究了GFRP/钢绞线复合筋的锚固长度、粘结强度和混凝土保护层厚度的计算方法，并构建了粘结-滑移本构关系模型，为相关规范的制订提供参考。.其次，利用试验，研究配筋率对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁开裂形态、裂缝宽度、裂缝间距、受力性能、荷载-挠度关系的影响；并在此基础上，建议GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的最小配筋率、最大配筋率和对应理想破坏形式的安全配筋率的计算方法。.第三，基于安全配筋率，利用试验进一步深入研究GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的受力性能，并和GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁进行比较；结合试验结果建议了GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁正截面抗裂度、正截面极限承载力、最大裂缝宽度和挠度的计算方法。.第四，结合试验结果，提出了GFRP/钢绞线复合筋名义屈服强度的概念，建议了GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁正截面承载力设计的简化方法；同时，结合与钢筋混凝土梁受力性能的比较结果，建议了GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁最大允许裂缝宽度，为相关规范的制订提供参考。