详情

原文传递 GFRP筋和GFRP-钢复合筋混凝土简支梁桥的构件承载力设计方法研究

论文题名：	GFRP筋和GFRP-钢复合筋混凝土简支梁桥的构件承载力设计方法研究
关键词：	梁桥;混凝土构件;GFRP筋;GFRP-钢复合筋;承载力
摘要：	钢筋混凝土内部钢筋锈蚀问题一直以来都较为严峻，对于桥梁结构，特别是沿海、跨海桥梁，由于所处位置的自然环境会加速钢筋锈蚀，因此面临着很多此类病害，处于潮差区的桥墩尤为明显。　　纤维增强复合材料（FRP）具有轻质高强和耐腐蚀等诸多优点，而且GFRP性价比高，于是国内外学者提出将GFRP筋或GFRP-钢复合筋替换钢筋并进行了相应的研究，包括材性、筋材与混凝土的粘结性能及混凝土构件的受弯和受压性能研究。经过多年的研究积累，目前材性和粘结性能已经基本明确，而对于梁和柱的承载力设计计算，仍需进一步完善，包括构件抗弯、轴压和偏压承载力。主要研究内容和成果如下：　　（1）根据GFRP筋和GFRP-钢复合筋的本构及现有规范要求确定出两者的设计强度分别为应变0.005对应下的应力和屈服应力；按照钢筋混凝土梁的设计原理得到了复合筋混凝土梁的相对界限受压区高度、最小配筋率及屈服和极限弯矩，与试验结果相比，屈服弯矩略微偏小，极限弯矩吻合较好；提出复合筋混凝土梁基于强度等效的截面设计计算方法。　　（2）通过已有试验数据得到了轴压矩形构件峰值荷载下的GFRP筋应变为混凝土峰值应变的1.2倍，混凝土强度为其轴心抗压强度的1.08倍；根据钢筋混凝土柱的稳定系数验证了切线模量理论的准确性，然后通过该理论得到了GFRP筋混凝土柱的稳定系数计算公式；为得到GFRP螺旋箍筋约束混凝土本构模型，提出了箍筋等效弹性模量这一新的变量，然后根据已有试验数据并结合Mander模型得到了约束混凝土峰值应力及应变计算公式；最后得到了GFRP筋混凝土矩形和圆形截面柱的轴压承载力计算公式，与试验结果吻合较好；同理对GFRP-钢复合筋混凝土柱进行了分析，得到了轴压承载力计算公式，与已有试验结果吻合较好。　　（3）结合平衡方程和曲率法，分析推导得到了GFRP筋混凝土矩形偏压柱的破坏形态判别式，判别结果与试验结果均相同，然后通过理论分析和已有试验数据的趋势构造并拟合了考虑相对偏心距、长细比和强度配筋率的矩形和圆形截面偏压柱的偏心距增大系数计算公式，另外根据钢筋混凝土柱的原理推导了考虑相对偏心距和长细比的偏心距增大系数简化计算公式，都与已有试验结果吻合很好；最后得到了GFRP筋混凝土矩形和圆形截面柱的偏压承载力设计计算方法，与试验结果吻合较好，为便于计算必要时可以忽略纵筋承受的压力；同理对GFRP-钢复合筋混凝土柱进行了分析，得到了偏压承载力设计计算方法，与已有试验结果吻合较好，为便于计算必要时可以忽略纵筋的二次刚度和采用等刚度方法进行设计。　　（4）基于本文的研究，对典型的混凝土简支梁桥进行了承载能力极限状态设计，包括GFRP-钢复合筋混凝土简支桥面梁、GFRP筋和复合筋混凝土桥墩，为将来的工程应用奠定了基础。
作者：	肖刚
专业：	土木工程
导师：	欧进萍
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2020