玻璃纤维（GFRP）筋混凝土构件正截面承载力设计方法研究

作     者：唐协 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李志业

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：GFRP筋(玻璃纤维筋) 混凝土 弯曲梁 压弯柱 正截面 极限承载力 非线性有限元 

摘      要：为解决在盾构端头井盾构进、出洞时盾构切割传统的钢筋混凝土围护桩困难、工艺复杂和安全性差等问题而采用的一种混凝土结构物新型加强筋材料——GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋(玻璃纤维筋)。与钢筋相比，GFRP筋具有抗拉强度高、抗腐蚀性能好、无磁性、质量轻、热传导和电传导能力低和可切割性容易等优点。但是GFRP筋物理、力学性能与钢筋差异很大，它的弹性模量小，是典型的脆性材料，直到断裂前应力—应变都表现出良好的线性关系，因此传统的钢筋混凝土结构分析、设计和施工方法不能直接用于GFRP筋混凝土结构。目前我国对GFRP筋混凝土的研究仅仅停留在起步的试验阶段，尚无应用实例。 本文的研究内容作为成都地铁盾构端头井GFRP筋混凝土围护桩结构设计方法的重要组成部分，在GFRP筋拉伸试验、GFRP筋与混凝土的粘结锚固试验和GFRP筋混凝土构件试验的基础上系统地研究了GFRP筋混凝土构件正截面承载力理论： 1．对GFRP筋进行拉伸力学试验，在概率统计的基础上对抗拉力学指标进行了计算，并对其标准化检测方法及其怎样抽样进行了探讨。 2．通过GFRP筋与混凝土的粘结锚固拉式试验，研究了GFRP筋与混凝土的粘结性能影响因素，基于影响因素的统计回归分析，建立了安全、经济和合理的锚固长度计算方法。 3．对比了GFRP筋混凝土和钢筋混凝土构件试验，两者具有不同的破坏机理。GFRP筋混凝土弯曲梁和压弯柱试验具有共同的破坏形态，即当配筋率小于平衡配筋率时，受拉区GFRP筋拉断(简称受拉破坏);当配筋率大于平衡配筋率时，受压区混凝土边缘压碎(简称受压破坏)。虽然都为脆性破坏，但是受压破坏，与钢筋混凝土适筋构件的破坏基本类似，既具有较高的承载力，又具有较明显的预兆性。因此GFRP筋混凝土构件应设计为受压破坏模式。同时，主要研究了配筋率对正截面承载力的影响，其承载力随配筋率的增大而增大。 4．对GFRP筋混凝土构件正截面承载力进行全过程受力分析，基于平截面假定和力的平衡，在把混凝土受压区曲线应力图形简化成等效矩形应力图形的基础上建立了GFRP筋混凝土构件正截面极限承载力的简化实用计算公式，并利用此公式对国内、外其它试验数据进行了理论计算，验证了简化理论公式的可行性;最后通过非线性有限元分析了试验数据的可靠性和简化实用公式的合理性。