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氯盐侵蚀作用后钢-frp复合筋混凝土柱偏心受压性能试验研究

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建筑结构 2024年

作者：帅华国朱世鑫葛文杰倪增昊 ASHRAF Ashour 扬州大学工程设计研究院有限公司扬州大学建筑科学与工程学院布拉德福德大学工程与信息学院

为研究氯盐侵蚀作用后钢-frp复合筋（SFCB）混凝土柱偏心受压性能，对经氯盐侵蚀后的SFCB及SFCB混凝土偏心受压柱进行力学性能试验。研究了配筋类型、配筋率、偏心距、长细比、应力水平与侵蚀时间对承载力、侧向变形、裂缝和破坏形态的... 详细信息

为研究氯盐侵蚀作用后钢-frp复合筋（SFCB）混凝土柱偏心受压性能，对经氯盐侵蚀后的SFCB及SFCB混凝土偏心受压柱进行力学性能试验。研究了配筋类型、配筋率、偏心距、长细比、应力水平与侵蚀时间对承载力、侧向变形、裂缝和破坏形态的影响。结果表明：筋材强度保留率随侵蚀时间增加而降低，无应力侵蚀180d后，钢筋、SFCB和frp筋极限强度分别降低了12.2%、9.9%和3.6%；随筋材截面含钢率的增加，SFCB混凝土偏心受压柱承载力逐渐提高，侧向变形逐渐减小；侵蚀后钢筋组、SFCB组和frp筋组试件极限承载力分别较其侵蚀试件最大下降16.6%、12.4%和7.2%。SFCB混凝土柱具有良好的抵抗侧向变形和裂缝的能力。

关键词：混凝土柱钢-frp复合筋偏心受压氯盐侵蚀试验研究

钢-frp复合筋混凝土梁截面弯矩-曲率性能初探

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钢-FRP复合筋混凝土梁截面弯矩-曲率性能初探

海洋服役环境下钢-frp复合筋混凝土柱大偏心受压性能研究

第九届全国建设工程frp应用学术交流会

作者：孙泽阳肖文超吴刚杨洋吴智深东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室东南大学土木工程学院

钢-连续纤维复合筋(SFCB)是一种在钢筋外侧包覆高耐久性的纤维复合材料(frp)而形成的复合筋,充分利用钢筋和frp筋各种性能特征的优势互补,具有高模量、高耐久和低成本等综合优势,可以较好解决普通钢筋混凝土(RC)梁的腐蚀问题。本文基于... 详细信息

钢-连续纤维复合筋(SFCB)是一种在钢筋外侧包覆高耐久性的纤维复合材料(frp)而形成的复合筋,充分利用钢筋和frp筋各种性能特征的优势互补,具有高模量、高耐久和低成本等综合优势,可以较好解决普通钢筋混凝土(RC)梁的腐蚀问题。本文基于纤维模型首先对SFCB增强混凝土梁试验荷载-位移曲线进行了较好模拟,进而开展了截面层次上的弯矩-曲率性能初步分析,研究了SFCB断裂应变、SFCB材性二次刚度比、截面高宽比和等效配筋率等指标对SFCB梁截面弯矩曲率的影响。发现了SFCB梁截面存在最大可能曲率和两个界限配筋率,推导并拟合了相关计算公式,研究结果可供SFCB梁工程设计参考。

关键词：混凝土梁钢-frp复合筋弯矩-曲率最大可能曲率界限配筋率

来源： cnki会议评论

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海洋服役环境下钢-FRP复合筋混凝土柱大偏心受压性能研究

作者：宋婉蓉扬州大学

学位级别：硕士

研究表明,钢-frp复合筋在腐蚀性海洋环境中具有良好的耐久性,钢-frp复合筋混凝土构件的筋材内芯钢筋屈服后,外包纵向连续纤维开始发挥作用,试件表现出与普通钢筋类似的稳定的二次刚度和较好的延性,并且构件以外包纵向连续纤维被拉断作... 详细信息

研究表明,钢-frp复合筋在腐蚀性海洋环境中具有良好的耐久性,钢-frp复合筋混凝土构件的筋材内芯钢筋屈服后,外包纵向连续纤维开始发挥作用,试件表现出与普通钢筋类似的稳定的二次刚度和较好的延性,并且构件以外包纵向连续纤维被拉断作为其破坏点。为研究海洋服役环境下混凝土柱的受压性能,本文设计制作了氯盐侵蚀和荷载侵蚀耦合作用两种情形下的钢-frp复合筋混凝土偏心受压柱,研究配筋率和复合筋内芯钢筋与外包纤维截面面积比（As/Af）对偏心受压混凝土柱极限承载能力、挠度、裂缝宽度和破坏形态等方面的影响,为日后对钢-frp复合筋混凝土构件耐久性的研究提供基础。本文的主要研究内容如下:（1）对氯盐侵蚀和荷载氯盐侵蚀耦合作用下的钢-frp复合筋进行拉伸和压缩材性试验,测出筋材在不同侵蚀时间和不同荷载水平下的屈服强度和极限强度,给出筋材受拉和受压本构模型。（2）对氯盐侵蚀下的钢-frp复合筋混凝土柱进行偏心受压试验,测出不同侵蚀时间的混凝土压应变、构件挠度和裂缝宽度随着荷载增大的变化规律。对试验结果分析研究可知,试验柱符合平截面假定,随着侵蚀时间的延长,混凝土压应变呈逐渐增大趋势。混凝土柱极限承载力随着侵蚀时间的增加先增大后减小。当配筋率由2.09%增加到3.14%时,试件的极限承载力大概提高20%。当As/Af从33.3%增加到78.8%时,构件的极限承载力大概提高7.5%。（3）对荷载氯盐侵蚀耦合作用下的钢-frp复合筋混凝土柱进行偏心受压试验,测出不同侵蚀时间和不同荷载水平下的混凝土压应变、构件挠度和裂缝宽度随着荷载增大的变化规律。对试验结果分析研究可知,试验柱符合平截面假定,荷载水平越大,荷载-挠度曲线的斜率越大,构件二次刚度越小。配筋率越大,筋材刚度越大,最大跨中挠度越小。混凝土柱极限承载力随着荷载水平的增大而不断减小。As/Af从33.3%增加到78.8%时,构件的极限承载力提高。随着荷载水平的增加,构件最大裂缝宽度增大。（4）基于混凝土和钢-frp复合筋的本构模型,建立了所研究柱弯矩放大系数、破坏模式的判别、承载力和裂缝宽度的计算公式,证实了理论预测与试验结果吻合良好,说明所建立的公式是有效的。

关键词：钢-frp复合筋荷载与氯盐侵蚀偏心受压柱受压性能

钢-Gfrp复合筋与混凝土黏结性能试验研究

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混凝土 2024年第9期 17-22页

作者：王彦峰车伟娴吴小蕙董晗拓蔡咏键林嘉祥郭永昌广东电网有限责任公司电网规划研究中心广东广州510080 广东工业大学土木与交通工程学院广东广州510006

钢-frp复合筋(SFCBs)是一种采用纤维包裹钢筋的新型复合筋材,因兼具良好的耐久性能与延性,可用于替代钢筋作为混凝土结构的增强筋材。进行了玻璃纤维型SFCBs与混凝土黏结性能试验研究,分析了SFCBs-混凝土界面黏结滑移受力机理,探讨了混... 详细信息

钢-frp复合筋(SFCBs)是一种采用纤维包裹钢筋的新型复合筋材,因兼具良好的耐久性能与延性,可用于替代钢筋作为混凝土结构的增强筋材。进行了玻璃纤维型SFCBs与混凝土黏结性能试验研究,分析了SFCBs-混凝土界面黏结滑移受力机理,探讨了混凝土强度对SFCBs与混凝土黏结性能的影响规律,建立了SFCBs与混凝土黏结滑移模型。结果表明:SFCBs-混凝土界面的失效模式为界面咬合处肋和混凝土的剪切,与frp筋相似;SFCBs-混凝土界面的黏结滑移关系曲线分为4个阶段,在残余阶段表现为波浪形的再次咬合行为,可以用修正形状系数后的Zheng&Xue模型来表示;筋材的变形能力和混凝土强度都会显著影响黏结性能。

关键词：黏结滑移钢-frp复合筋混凝土 frp 黏结强度

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frp筋增强海水海砂混凝土材料与构件耐久性能综述

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建筑科学与工程学报 2024年第2期41卷 17-30页

作者：张凯建王琳福州大学土木工程学院福建福州350108

将纤维增强复合材料(frp)应用在海水海砂混凝土(SSC)中可避免氯离子引起的钢筋腐蚀,但frp增强海水海砂混凝土(frp-SSC)结构在恶劣环境中仍存在耐久性问题。依据现有文献研究成果,梳理了海洋环境下frp筋、SSC以及frp-SSC构件的耐久性。... 详细信息

将纤维增强复合材料(frp)应用在海水海砂混凝土(SSC)中可避免氯离子引起的钢筋腐蚀,但frp增强海水海砂混凝土(frp-SSC)结构在恶劣环境中仍存在耐久性问题。依据现有文献研究成果,梳理了海洋环境下frp筋、SSC以及frp-SSC构件的耐久性。结果表明:在混凝土的碱性环境以及海水海砂中盐离子的共同作用下,frp筋的力学性能退化程度与变异性提高,frp筋与SSC的黏结强度降低;海水和海砂中盐离子的引入加快了水化反应,提高了SSC的密实度与耐久性,提高了SSC的耐久性;海洋环境作用导致frp筋力学性能退化及frp筋/钢-frp复合筋(SFCB)与SSC的黏结强度降低,削弱了SSC构件承载力,改变了构件破坏模式,SSC构件承载力随再生粗骨料(RCA)取代率提高而降低;建议以frp筋与SSC力学性能变异性量化和基于时变可靠度的构件设计方法作为今后进一步研究的方向。

关键词： frp筋耐久性海水海砂混凝土破坏模式转变钢-frp复合筋

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低周反复荷载作用下SFCBs-RPC框架力学性能分析

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建筑科学 2024年第5期40卷 56-66,77页

作者：罗来勇姚子豪姚山葛文杰 Ashraf Ashour 江苏扬建集团有限公司江苏扬州225002 扬州大学建筑科学与工程学院江苏扬州225127 甘肃省工程设计研究院有限责任公司甘肃兰州730030

为研究低周反复荷载作用下钢-frp复合筋(steel-frp composite bar,SFCB)活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)框架力学性能,基于有限元软件ABAQUS对一榀钢筋混凝土框架在低周反复荷载作用下的力学性能进行分析,模拟结果与试验... 详细信息

为研究低周反复荷载作用下钢-frp复合筋(steel-frp composite bar,SFCB)活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)框架力学性能,基于有限元软件ABAQUS对一榀钢筋混凝土框架在低周反复荷载作用下的力学性能进行分析,模拟结果与试验吻合性良好。在此基础上,建立SFCBs-RPC框架模型,分析混凝土强度、轴压比及柱纵筋配筋率对SFCBsRPC框架抗震性能的影响。结果表明,SFCB-RPC框架相比钢筋RPC框架具有良好的二次刚度,屈服后承载力提升明显且残余变形率更小,具有良好的变形恢复能力和延性;RPC框架相比普通混凝土框架拥有更高的承载力和延性;框架延性随轴压比和柱纵筋配筋率的增大而降低;SFCBs-RPC框架总体呈现良好延性。

关键词：钢-frp复合筋活性粉末混凝土混凝土框架抗震性能参数分析

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新型钢-frp复合筋活性粉末混凝土防护框架梁受弯性能研究

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新型钢-FRP复合筋活性粉末混凝土防护框架梁受弯性能研究

作者：宗耀锋扬州大学

学位级别：硕士

防护结构需要承受巨大的冲击荷载,导致构件的截面尺寸较大,占用使用面积,传统的钢筋混凝土结构很难在保证结构净高和施工方便的前提下提高结构承载力。钢-frp 复合筋(Steel-frp Composite Bar,SFCB)以及活性粉末混凝土(Reactive Powder ... 详细信息

防护结构需要承受巨大的冲击荷载,导致构件的截面尺寸较大,占用使用面积,传统的钢筋混凝土结构很难在保证结构净高和施工方便的前提下提高结构承载力。钢-frp 复合筋(Steel-frp Composite Bar,SFCB)以及活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)是土木工程领域极具应用前景的高性能建筑材料。SFCB具有自重轻、抗拉强度高、二次刚度稳定等特点,RPC具有抗压强度高等特点,用SFCB增强RPC,可形成一种新型配筋水泥基结构,在不增加截面尺寸和配筋率的前提下,提高结构的承载力,实现防护工程的大空间。本文对不同混凝土类型、不同筋材类型和不同配筋率的防护框架梁进行等效静力受弯试验,研究SFCB-RPC防护框架梁的受弯性能。对SFCB-RPC防护框架梁进行受力阶段分析;推导防护框架梁刚度和纯弯段最大裂缝宽度计算公式,与试验结果对比;分析SFCB-RPC框架梁塑性内力重分布情况。利用ABAQUS建立了防护框架梁的有限元模型,进行受弯性能分析,并与试验结果对比,验证了模型分析正确性和可行性;分析了各影响因素对SFCB-RPC框架梁受弯性能的影响。本文的主要研究成果如下:(1)RPC改善了框架梁的破坏模式,压碎时仍保持完整。RPC提高了框架梁的承载能力,明显提高了 SFCB-RPC框架梁极限荷载与屈服荷载的比值。荷载相同的情况下,RPC提高了框架梁抵抗变形的能力;在极限状态下,SFCB-RPC框架梁的极限承载力和极限挠度相对钢筋RPC框架梁均有所提高;对于RPC框架梁,frp筋RPC框架梁承载力最大,对于普通混凝土框架梁,钢筋混凝土框架梁承载力最大;随着配筋率减小,框架梁极限荷载减小,变形能力提高。在各级荷载下,各框架梁梁端和跨中截面混凝土沿截面高度的平均应变基本呈线性变化,符合平截面假定。SFCB-RPC框架梁破坏时,SFCB拉应变超过0.017,RPC达到极限压应变,SFCB和RPC的材料强度得到充分发挥。RPC减小了平均裂缝间距,使框架梁裂缝变得细而密,减小了裂缝开展对筋材应变的影响;筋材类型对弯剪段裂缝数量和平均间距影响较大;随着配筋率减小,裂缝数量增多,间距减小,相同荷载下最大裂缝宽度增大。RPC明显改善了框架梁的延性和耗能能力,且随着配筋率减小,框架梁延性和耗能能力也有所提高;SFCB-RPC框架梁耗能能力优于钢筋RPC框架梁。(2)基于材料的本构模型和各基本假定,对SFCB-RPC框架梁各受力阶段进行分析。通过换算截面法将SFCB和RPC开裂后的钢纤维换算成RPC材料面积,再利用有效惯性矩法求得截面的刚度。参考混凝土结构设计规范,并考虑钢纤维受拉对最大裂缝宽度的影响,推导出纯弯段最大裂缝宽度计算公式。对SFCB-RPC框架梁塑性内力重分布进行分析。(3)混凝土强度对SFCB和frp筋混凝土框架梁的极限承载力、极限挠度、延性、耗能和曲率均有较大影响;混凝土强度对钢筋混凝土框架梁的极限荷载影响较小,对极限挠度影响较大。随内芯钢筋面积与SFCB全截面面积比值的增大,框架梁荷载-跨中挠度曲线呈三折线的现象越明显,当筋材由SFCB突变为钢筋,框架梁极限曲率发生突变;内芯钢筋屈服强度的增大,提高了框架梁的屈服强度,对极限荷载的影响较小;SFCB外包纤维弹性模量对框架梁破坏类型影响显著,外包frp弹性模量小于200GPa时,框架梁极限挠度、延性、耗能和曲率均随外包frp弹性模量的增大而减小。梁端配筋率对极限荷载有较大影响,跨中配筋率对跨中挠度有较大影响,当梁端截面配筋率大于跨中截面配筋率时,框架梁耗能能力有所提高。随着梁高增大,框架梁极限荷载增大,极限挠度降低,当梁高为225mm时,框架梁延性和耗能能力最优;当柱边长超过250mm,增大柱截面积尺寸对极限挠度、延性和耗能能力的影响不明显。在承载力相同的情况下,以RPC替代普通混凝土既能节省框架梁截面面积也能提高框架梁延性和耗能能力。

关键词：防护结构框架梁钢-frp复合筋活性粉末混凝土受弯性能

新型钢-frp复合筋超高性能混凝土梁受弯性能研究

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新型钢-FRP复合筋超高性能混凝土梁受弯性能研究

作者：汤蓉扬州大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土结构在土木工程行业应用较为广泛,具有较多优点。但随着社会经济发展,我国土木工程建设逐步从内陆迈向海洋,致使钢筋混凝土结构使用环境发生巨大变化。与此同时,由于钢筋和混凝土两种材料自身特点,传统的钢筋混凝土结构形式... 详细信息

钢筋混凝土结构在土木工程行业应用较为广泛,具有较多优点。但随着社会经济发展,我国土木工程建设逐步从内陆迈向海洋,致使钢筋混凝土结构使用环境发生巨大变化。与此同时,由于钢筋和混凝土两种材料自身特点,传统的钢筋混凝土结构形式容易因为钢筋锈蚀、混凝土抗裂性能差等原因而出现承载能力不足以及耐久性问题,导致混凝土结构发生破坏。传统结构形式的耐久性问题促进了 frp混凝土结构的发展。然而frp材料为线弹性,缺乏屈服平台,所以frp混凝土结构通常发生延性差的脆性破坏。在此基础上形成的钢-frp复合筋(Steel-frp Composite Bar,SFCB)具有高强、高延性、较高弹模、稳定二次刚度以及耐久性能优越的特点。因此,考虑将SFCB和抗压抗拉强度高、延性好以及耐久性能优越的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)结合形成一种新型混凝土结构,这类结构可以改善传统结构承载能力和耐久性不足的困境。为研究新型钢-frp复合筋超高性能混凝土梁的受弯性能,本文从以下四个方面展开研究,研究成果将为UHPC、SFCB以及SFCB-UHPC梁在实际工程中的推广应用提供一定的参考。主要研究内容如下:(1)借鉴课题组已有的UHPC配合比,选取合理的、高性价比的UHPC配比。对UHPC进行材性试验,得到UHPC力学性能参数;对UHPC与SFCB粘结性能进行标准拉拔试验,分析测得的SFCB与UHPC的粘结-滑移曲线,得到SFCB与UHPC粘结锚固本构模型。(2)对SFCB-UHPC梁进行静力受弯性能试验,并与钢筋UHPC梁、Bfrp筋UHPC梁受弯性能对比,验证SFCB-UHPC梁受弯性能的优越性;研究混凝土强度、SFCB类型以及配筋率三种参数对SFCB-UHPC梁破坏形态、承载力、刚度、裂缝和延性的影响。结果表明平截面假定仍然适用;试验梁极限承载力随着混凝土强度的增加而提高,UHPC梁极限承载力分别为普通混凝土梁和高强混凝土梁的3.2倍和2.0倍,细骨料选用机制砂的UHPC梁由于UHPC强度较细骨料选用石英砂的UHPC高,试验梁受弯承载力提高了 14.6%;当配筋率由1.30%增加到2.16%时,试验梁的极限承载力提高了 27%,说明在SFCB类型一致时,增大配筋率可以提高SFCB-UHPC梁的极限承载能力;对比不同纵筋类型的UHPC梁,结果表明Bfrp筋UHPC梁的极限承载力高于SFCB-UHPC梁,而钢筋UHPC梁承载力最低,SFCB-UHPC梁的极限承载力较钢筋UHPC梁提高了 27%;各试验梁配筋率均为1.30%时,同级荷载作用下,Bfrp筋UHPC梁的刚度最小,挠度最大,钢筋UHPC梁与之相反,而SFCB-UHPC梁介于两者之间,因此SFCB-UHPC梁既有较高的承载力又兼具良好的变形性能。(3)对SFCB-UHPC梁受弯性能进行分析,基于简化的SFCB和UHPC本构模型和基本假定,给出SFCB-UHPC梁破坏形态的判别方法,推导SFCB-UHPC梁开裂、屈服、极限荷载的计算公式以及刚度和裂缝宽度的计算方法。(4)使用有限元软件ABAQUS对SFCB-UHPC梁受弯性能进行模拟,并选取外包纤维弹性模量、内芯钢筋面积与SFCB面积比以及内芯钢筋强度等级三种参数,探讨各参数对受弯梁承载能力和变形性能的影响。结果表明:试件屈服和极限荷载随着外包纤维弹性模量的提高而增加,耗能和延性随外包纤维弹性模量的增加而降低;内芯钢筋与SFCB面积比as越大,试件屈服荷载越高,而极限荷载随着as的增大而减小,耗能和延性随as的增加而降低;SFCB内芯钢筋强度等级越高,试件屈服和极限荷载越高,耗能随着内芯钢筋强度等级的提高而增长,延性反之。(5)基于冻融循环作用下UHPC受压、受拉本构和单轴受拉SFCB本构,利用有限元软件ABAQUS进行SFCB-UHPC梁在冻融循环作用下受弯承载力分析。结果表明:混凝土强度对SFCB-UHPC梁的耐久性能影响较大,混凝土强度越高,试件能够经受冻融循环的次数越多;800次冻融循环作用后各试件极限承载力由高到低,依次为Bfrp筋UHPC梁、SFCB-UHPC梁和钢筋UHPC梁;各试件的极限承载力和挠度随混凝土保护层厚度的增加而降低,混凝土保护层厚度越大,试件在冻融循环后衰减程度越低;各试件极限承载力及挠度随冻融循环次数的增加而降低。

关键词：钢-frp复合筋超高性能混凝土受弯性能有限元分析耐久性能

新型钢-frp复合筋混凝土梁受弯性能模拟分析

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江苏海洋大学学报（自然科学版） 2022年第2期31卷 38-46页

作者：严卫华韩沐阳汤蓉葛文杰陈康宝宗耀锋扬州大学建筑科学与工程学院江苏扬州225127 扬州大学基建处江苏扬州225127

为深入研究新型钢-frp复合筋混凝土梁的受弯性能,采用OpenSees软件对不同筋材(钢筋、frp筋和钢-frp复合筋)及配筋率混凝土梁的受弯性能及承载能力进行数值模拟分析。分析结果表明:配置钢-frp复合筋或frp筋混凝土梁的承载能力、挠度相对... 详细信息

为深入研究新型钢-frp复合筋混凝土梁的受弯性能,采用OpenSees软件对不同筋材(钢筋、frp筋和钢-frp复合筋)及配筋率混凝土梁的受弯性能及承载能力进行数值模拟分析。分析结果表明:配置钢-frp复合筋或frp筋混凝土梁的承载能力、挠度相对于普通钢筋混凝土梁均大幅度提高;提高构件截面的配筋率,构件极限承载力得到相应提高,而极限挠度相应减小;提高frp筋强度与弹性模量,极限承载力可以相应提高10%~15%,挠度减小15%~20%;内芯钢筋与外包纤维面积比值对屈服强度和极限承载力的影响大于钢-frp复合筋外包纤维类型;相同截面积的混凝土梁,截面高宽比越大,其极限承载力越大,而极限挠度越小。

关键词：混凝土梁受弯性能承载力 frp筋钢-frp复合筋

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