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高温和冻融后玄武岩纤维筋力学性能研究

铁道工程学报 2023年第8期40卷 18-22页

作者：林明安林加剑中国铁路设计集团有限公司天津300142 安徽大学合肥230601

研究目的:为研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在高温和冻融作用后的力学性能变化规律,采用万能试验机对BFRP筋进行常温下拉伸试验,并对经过高温作用和冻融循环处理后的筋材拉伸性能进行测试。在试验结果基础上,探讨高温、冻融循环等... 详细信息

研究目的:为研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在高温和冻融作用后的力学性能变化规律,采用万能试验机对BFRP筋进行常温下拉伸试验,并对经过高温作用和冻融循环处理后的筋材拉伸性能进行测试。在试验结果基础上,探讨高温、冻融循环等环境条件对BFRP筋强度、刚度的影响及其力学性能退化情况,为拓展BFRP筋的工程应用提供试验数据和支撑。研究结论:(1)BFRP筋破坏形式为脆性破坏,极限抗拉强度大于1 100 MPa,弹性模量大于51 GPa;(2)BFRP筋抗拉强度随温度升高而降低,当温度达到300℃时,试件抗拉强度降幅高达32.5%,但剩余强度仍为783 MPa;(3)BFRP筋抗拉强度随冻融循环(-50℃~7℃)次数增加有所下降,循环冻融100次后,降低幅度为9.8%,残余抗拉强度为1 045.6 MPa;(4)在耐高温和冻融试验中,BFRP筋材的弹性模量变化不大,极限拉应变随温度升高、冻融循环次数增加而不断降低,与强度退化趋势基本相同;(5)本研究成果可为BFRP筋在高温和寒区环境冻融作用下的应用提供参考和借鉴。

关键词：玄武岩纤维筋抗拉强度高温作用冻融循环

玄武岩纤维筋全再生混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

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玻璃钢／复合材料 2017年第8期 76-82页

作者：韩定杰刘华新张志金彭长岭辽宁工业大学土木建筑工程学院锦州121001

通过4根玄武岩纤维筋与4根钢筋再生混凝土无腹筋梁的受剪试验,研究采用100%粗骨料取代率的再生混凝土梁的裂缝开展、破坏等情况;分析不同纵筋类型下,剪跨比、纵向配筋率和混凝土抗压强度对梁开裂荷载、极限承载力和跨中挠度变化的影响... 详细信息

通过4根玄武岩纤维筋与4根钢筋再生混凝土无腹筋梁的受剪试验,研究采用100%粗骨料取代率的再生混凝土梁的裂缝开展、破坏等情况;分析不同纵筋类型下,剪跨比、纵向配筋率和混凝土抗压强度对梁开裂荷载、极限承载力和跨中挠度变化的影响。比较中国规范(GB 50608—2010)、美国规范(ACI 440.1R-06)、加拿大规范(CSA.S 806-12)中规定的计算方法对玄武岩纤维筋再生混凝土梁受剪承载力的适用性。研究结果表明:钢筋再生混凝土梁的受力性能类似于传统的钢筋混凝土梁,而玄武岩纤维筋再生混凝土梁在荷载作用下,裂缝扩展较快且宽度更大;中国规范(GB 50608—2010)对试验梁抗剪承载力的计算值过于保守,美国规范(ACI 440.1R-06)最为接近,加拿大规范(CSA.S 806-12)次之。

关键词：无腹筋梁玄武岩纤维筋再生混凝土挠度抗剪承载力

玄武岩纤维筋连续配筋复合式路面荷载应力分析

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公路工程 2014年第5期39卷 6-11页

作者：黄志义罗圆月王金昌胡晓宇浙江大学交通工程研究所浙江杭州310058

运用ABAQUS有限元软件,建立了基于弹性地基双层板模型和裂缝模式下的玄武岩纤维筋连续配筋复合式路面荷载应力有限元模型,提出用粘结单元定义裂缝接触面的法向和切向接触本构行为,即用裂缝剪切刚度来模拟裂缝间的嵌锁作用。通过分析确... 详细信息

运用ABAQUS有限元软件,建立了基于弹性地基双层板模型和裂缝模式下的玄武岩纤维筋连续配筋复合式路面荷载应力有限元模型,提出用粘结单元定义裂缝接触面的法向和切向接触本构行为,即用裂缝剪切刚度来模拟裂缝间的嵌锁作用。通过分析确定了不同裂缝间距下复合式路面的临界荷位——纵向自由边中部,并比较了BFRP筋和钢筋两种配筋条件下混凝土板应力随AC层厚度、CRC层厚度、筋位置、配筋率及裂缝剪切刚度的变化规律。计算结果表明,2种配筋条件下混凝土板应力值随参数变化规律相似,应力值基本相等,这为BFRP筋应用于CRC+AC复合式路面提供了理论依据。

关键词：玄武岩纤维筋连续配筋混凝土复合式路面粘结单元临界荷位荷载应力

玄武岩纤维筋增强再生混凝土梁抗剪性能的试验研究

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玻璃钢／复合材料 2018年第2期 15-20页

作者：韩定杰刘中宪刘华新张志金彭长岭辽宁工业大学土木建筑工程学院锦州121001 天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室天津300384

为研究BFRP筋再生混凝土梁的受剪性能,对纵筋为BFRP筋的无腹筋和有腹筋梁的破坏形态,挠度变化,纵向受力钢筋、箍筋应变和极限承载力等受力性能进行了试验研究,并与同尺寸纵筋为钢筋的再生混凝土梁进行对比分析。结果表明:BFRP筋再生混... 详细信息

为研究BFRP筋再生混凝土梁的受剪性能,对纵筋为BFRP筋的无腹筋和有腹筋梁的破坏形态,挠度变化,纵向受力钢筋、箍筋应变和极限承载力等受力性能进行了试验研究,并与同尺寸纵筋为钢筋的再生混凝土梁进行对比分析。结果表明:BFRP筋再生混凝土梁均发生剪切破坏,而同等配筋条件下的钢筋再生混凝土梁在配置箍筋后由剪切破坏变为弯曲破坏;箍筋对BFRP筋梁抗剪承载力的提高更显著;有腹筋的BFRP筋再生混凝土梁的延性较无腹筋梁更好;箍筋抗剪作用的发挥与梁剪切斜裂缝的位置、倾角相关。

关键词：梁玄武岩纤维筋再生混凝土箍筋抗剪承载力

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玄武岩纤维筋与钢筋在路面应用中的分析比较

公路 2009年第12期54卷 54-57页

作者：顾兴宇陆佳颖王文达东南大学交通学院南京市210096

通过对连续配筋路面的分析,提出采用新材料代替钢筋的必要性,介绍了连续玄武岩纤维筋的物理化学性能。建立有限元模型,计算配置两种材料道面的荷载应力与翘曲应力并进行比较。分别计算得到玄武岩纤维筋以及钢筋的3大控制指标,并将结果... 详细信息

通过对连续配筋路面的分析,提出采用新材料代替钢筋的必要性,介绍了连续玄武岩纤维筋的物理化学性能。建立有限元模型,计算配置两种材料道面的荷载应力与翘曲应力并进行比较。分别计算得到玄武岩纤维筋以及钢筋的3大控制指标,并将结果进行比较,得到应用玄武岩纤维筋代替钢筋具有很高的可行性。

关键词：连续配筋混凝土路面玄武岩纤维筋钢筋荷载应力翘曲应力

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玄武岩纤维筋在水泥混凝土路面中的应用研究

玄武岩纤维筋在水泥混凝土路面中的应用研究

作者：姜杉大连海事大学

学位级别：硕士

水泥混凝土路面破坏形式主要分为断板、错台、接缝啃边等,而板间荷载传递能力差是一个不容忽视的原因。故对传力杆进行研究为提高路面耐久性的主要任务之一。我国现阶段道路设计以钢质传力杆为主,但其存在着易腐蚀等诸多弊端。20世纪60... 详细信息

水泥混凝土路面破坏形式主要分为断板、错台、接缝啃边等,而板间荷载传递能力差是一个不容忽视的原因。故对传力杆进行研究为提高路面耐久性的主要任务之一。我国现阶段道路设计以钢质传力杆为主,但其存在着易腐蚀等诸多弊端。20世纪60年代至今,国内外诸多学者致力于钢制传力杆的替代技术方面的研究。玄武岩纤维筋以其自身的诸多优点,得到普遍关注,在土木工程结构中应用前景较为广阔。本文采用新型的玄武岩纤维筋,系统地分析研究玄武岩纤维筋增强水泥混凝土路面的性能,以解决传统钢筋混凝土中的钢筋锈蚀等问题,提高道路建设中水泥混凝土路面的路用性能、抗腐蚀能力和耐久性。本文利用有限元软件ABAQUS对设有传力杆的水泥混凝土路面进行三维有限元数值模拟,分析传力杆采用不同直径、长度、布置间距的情况下,水泥路面板的力学响应;研究传力杆与混凝土界面间不同的接触特性对接缝传递能力以及路面板受力的影响;研究设传力杆接缝在车轮荷载作用下的传荷能力有关规律,分析传力杆的路用性能及其与水泥混凝土路面间的接触应力。对比分析玄武岩纤维筋与钢筋作为传力杆的路用性能,验证玄武岩纤维筋取代钢筋作为传力杆的可行性。根据荷载作用下玄武岩纤维筋水泥混凝土路面应力、传力杆应力等,开展玄武岩纤维筋传力杆的几何尺寸、在路面结构中的布置方案设计等研究。

关键词：玄武岩纤维筋传力杆荷载传递系数数值模拟

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玄武岩纤维筋钢纤维混凝土梁的受弯性能研究

玄武岩纤维筋钢纤维混凝土梁的受弯性能研究

作者：邹家伟重庆交通大学

学位级别：硕士

相比于钢筋混凝土结构,BFRP筋混凝土结构中BFRP筋具有极限抗拉强度较大、耐腐蚀性好等优点,并且BFRP筋混凝土结构能运用于多种恶劣环境下,自重也较轻;在BFRP筋混凝土结构的基础上掺入钢纤维,不仅能减小构件的挠度、裂缝宽度等变形,还能... 详细信息

相比于钢筋混凝土结构,BFRP筋混凝土结构中BFRP筋具有极限抗拉强度较大、耐腐蚀性好等优点,并且BFRP筋混凝土结构能运用于多种恶劣环境下,自重也较轻;在BFRP筋混凝土结构的基础上掺入钢纤维,不仅能减小构件的挠度、裂缝宽度等变形,还能较好的提高极限承载力。为了更好的把结构运用到实际工程中,有必要对BFRP筋钢纤维混凝土梁进行受弯性能研究。论文通过BFRP筋钢纤维混凝土梁的受弯性能试验研究,分析了配筋率、钢纤维体积率、筋材类型以及钢丝网数量对梁的影响规律,推导了受弯承载力以及抗弯刚度计算公式,主要研究内容如下:(1)结合荷载-挠度曲线以及试验过程中开裂时荷载大小的记录值,对BFRP筋钢纤维混凝土梁的开裂弯矩进行了分析,结果表明混凝土抗拉强度和受拉区塑性变形发展能力两者共同影响着开裂弯矩的大小,而不是单一决定的。提出受拉区塑性发展程度系数,其大小可以作为评判构件塑性变形的标准,并结合试验值计算出截面抵抗矩塑性影响系数。(2)随着配筋率的增大、钢纤维体积率的增大和钢丝网数量的增加,BFRP筋钢纤维混凝土梁的极限承载力都有不同程度的提高,通过试验证明,最佳掺入钢纤维体积率为1.5%,相比BFRP筋混凝土梁,极限承载力提高了33.6%。根据不同破坏形式,考虑受拉区钢纤维混凝土的抗拉强度,提出相应的BFRP筋钢纤维混凝土梁的抗弯承载力的计算公式。(3)结合荷载-挠度曲线以及正常使用荷载的分析,钢纤维的掺入能提高BFRP筋钢纤维混凝土梁的正常使用荷载大小,并且能减小结构的变形。相同荷载作用下,钢纤维体积率越大挠度越小,考虑受拉区钢纤维混凝土的抗拉强度以及BFRP筋变形大的特点,结合刚度解析法和有效惯性矩,修正受拉区裂缝间纵向受拉FRP筋应变不均匀系数和有效惯性矩的大小,分别提出了BFRP筋钢纤维混凝土梁刚度计算公式。(4)结合国内外关于延性评价的指标,提出适合BFRP筋钢纤维混凝土梁延性系数的计算方法并对所有试验梁的延性系数进行计算,延性系数随着配筋率的增大而增大,当钢纤维体积率为1.5%时结构的延性最大。

关键词：玄武岩纤维筋钢纤维开裂荷载极限荷载抗弯刚度延性

玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面设计应用研究

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公路交通科技（应用技术版） 2010年第8期6卷 122-125页

作者：朱坚和陈强长沙理工大学湖南长沙410076 广西交通规划勘察设计研究院广西南宁530011 华南理工大学广东广州510640

本文通过对玄武岩纤维筋的特性分析、比较及玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面的配筋计算分析,探讨了玄武岩纤维筋的不同直径和配筋率对连续配筋混凝土路面的裂缝宽度、间距及筋材应力的影响规律,并与钢筋进行比较,得出了玄武岩纤维筋连... 详细信息

本文通过对玄武岩纤维筋的特性分析、比较及玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面的配筋计算分析,探讨了玄武岩纤维筋的不同直径和配筋率对连续配筋混凝土路面的裂缝宽度、间距及筋材应力的影响规律,并与钢筋进行比较,得出了玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面设计应用的技术建议,对开展此项路面的设计应用研究工作具有积极的指导意义。

关键词：玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面裂缝宽度裂缝间距配筋率

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玄武岩纤维筋拉杆的应用研究

玄武岩纤维筋拉杆的应用研究

作者：季广鹏大连海事大学

学位级别：硕士

水泥混凝土路面通常设置接缝来降低温度和湿度应力,为了保持路面的整体性,一般在纵缝中设置拉杆,在横缝中设置传力杆,现阶段我国道路设计使用的拉杆以钢制拉杆为主。钢制拉杆不可避免的存在腐蚀等诸多现象影响路面的使用寿命,尤其在使... 详细信息

水泥混凝土路面通常设置接缝来降低温度和湿度应力,为了保持路面的整体性,一般在纵缝中设置拉杆,在横缝中设置传力杆,现阶段我国道路设计使用的拉杆以钢制拉杆为主。钢制拉杆不可避免的存在腐蚀等诸多现象影响路面的使用寿命,尤其在使用除冰剂较多的东北地区。故国内外很多学者致力于研究新型材料代替钢筋使用于路面结构中,其中玄武岩纤维筋以其优良的物理、化学性能得到土木工程界的普遍关注,应用逐渐广泛。本文研究玄武岩纤维筋代替钢筋应用于路面拉杆中的适用性。结合实际工程,利用ABAQUS有限元计算软件建立路面结构的三维模型,分析不同车辆荷载下路面结构的力学响应,确定出最不利荷载位置;在此位置下分析玄武岩纤维筋拉杆的适用性和采用不同长度、间距、直径情况下路面板以及拉杆的受力情况;综合考虑温度荷载的作用以及土基强度因素的影响,确定玄武岩纤维筋的最佳布设方案。系统的分析研究玄武岩纤维筋拉杆的路用性能,以解决钢筋锈蚀等问题给路面结构带来的危害。结果表明：不同荷载位置情况下,使用玄武岩纤维筋拉杆的路面板弯沉值以及板底拉应力与钢筋拉杆相差不大,拉杆剪应力较大,拉应力较小且均在允许范围内。随玄武岩纤维筋拉杆直径增大,路面板的弯沉及最大拉应力、拉杆的应力均减小,温度荷载下路面的开裂位移以及翘曲高度也减小;随拉杆间距的增大,路面板的弯沉及最大拉应力增大,温度荷载下路面的开裂位移以及翘曲高度增大;随着拉杆长度的增大,路面结构的力学响应波动不大并在700mm处取得最小值,故只需保证一定的拉杆长度以保证拉杆剪应力不会过于集中。较强路基强度下使用玄武岩纤维筋拉杆的路面结构在车辆荷载作用下的力学响应均小于土基强度较弱下的力学响应,可见施工中保证土基强度能够增大使用玄武岩纤维筋拉杆路面的使用寿命。

关键词：水泥路面玄武岩纤维筋拉杆有限元布设方案