浅论cfrp预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究

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1、湖南大学博士学位论文CFRP预应力筋超高性能混凝土梁受力性能研究姓名：杨剑申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：方志20070205CFP,P预应力筋超高性能混凝士粱受力性能研究摘要高级复合材料CFRP(CarbonFiberReinforcedPolymer／Plastics一碳纤维增强聚合物／塑料)和超高性能混凝土RPC(ReactivePowderConcrete--活性粉末混凝土)是土木工程领域极具应用前景的新型建筑材料。CFRP和RPC均具有优异的性能，如高强、耐久性好等。采用这两种新型材料可形成一种高效、耐久的配筋混凝

2、土结构，对于克服钢筋锈蚀的缺陷实现混凝土结构的高耐久性以及减轻配筋混凝土结构的自重以提高结构抵抗使用荷载的有效性、增大结构的跨越能力均具有重要的意义。本文依托国家自然科学基金资助项目“配置碳纤维(CFRP)预应力筋超高性能混凝土梁的受力性能”和教育部优秀青年教师资助基金“配置碳纤维(CFRP)预应力筋高性能混凝土梁的受力性能”对CFRP配筋超高性能混凝土结构进行了系列试验研究和理论分析，旨在提出一种高效、耐久的配筋混凝土结构型式。主要的研究工作如下：(1)完成了CFRP筋材性试验，松弛试验以及热水养护材性试验。试验结果表明，CFRP筋

3、的松弛损失较小，288h松弛率仅约为1．9％；在80±2℃的热水中放置48h对CFl心筋强度基本不影响。(2)进行了RPC单调加载和重复加载应力一应变全曲线试验，得到了RPC稳定的受压应力一应变全曲线。试验结果表明RPC具有良好的受压变形性能，就所使用的配比而言，RPC峰值应变可达3500肛，极限压应变可达4500肛。基于试验结果建立了luPC单轴受压本构方程，以及重复荷载作用下RPC应力一应变全曲线方程，其结果与试验结果吻合较好。(3)完成了4根CFRP预应力筋高强混凝土梁、6根预应力钢绞线RPC梁和6根CFRP预应力筋RPC梁试验

4、研究。研究参数主要有：混凝土类型、PPR、预应力筋类型、张拉控制应力和梁跨高比。根据试验结果对试验梁的受力过程、预应力筋应力增量、破坏模式等进行了较详细的分析和讨论。试验结果表明RPC梁具有良好的延性和极限变形能力，预应力钢绞线RPC梁的跨中极限变形可达到梁跨径的1／34～1／42，CFRP预应力筋RPC梁的跨中极限变形可达到梁跨径的1／30～1／72。(4)在试验梁的基础上，探讨了CFRP配筋梁、RPC梁的裂缝分布及其发展。RPC梁表现出了良好的裂缝分布形态，平均裂缝问距较小。基于Gergely．Lutz裂缝宽度公式提出了应变修正系

5、数f来建立RPC梁的裂缝计算公式以及采用FRP筋与混凝土之间粘结修正系数毛和FRP筋与普通钢筋弹性模量比建立了FRP结构的Ⅱ博士学位论文裂缝计算公式，计算结果与试验结果符合较好。(5)采用名义屈服位移研究了部分预应力钢绞线RPC梁的延性性能，并应用基于能量观点引入的延性指标对FRP结构的延性性能进行了研究。(6)对试验梁进行了非线性全过程、简化分析，在此基础上，利用提出的分析方法对模型梁的延性和极限变形进行了比较详细的参数分析研究。(7)在CFRP配筋普通高强混凝土梁、预应力RPC梁以及CFRP预应力筋RPC梁弯曲性能试验的基础上，进

6、行了梁的受弯承载能力计算，与试验结果相比，计算结果具有较高的精度。(8)对某高速公路40m跨C50高强混凝土梁桥以及采用RPC的T梁简支桥进行了受力性能、经济性的对比分析。关键词：CFRP，RPC，预应力，梁，非线性，弯曲性能Ill￡曼：堡窒垄堑堡童丝登堡丝圭篓茎垄篁璧至垒AbstractThenewmaterialsofCarbonFiberReinforeedPlastic(CFRP)andReactivePowderconcretehavegoodprospectsincivilengineering．Theexcellentp

7、ropegiesofCFRPandRPCmakethemrevolutionarymaterialsinthefieldofconcretetechnology,andRPCstructuresreinforcedwithCFRPtendonsoffernoticeableadvantages，suchasreducingdeadloadsignificantlyandobtainingextremedurabilityanddecreasinglossofprestressingforceetc．Anexperimentalstud

8、yandthecorrespondingtheoryanalysisareconductedtoinvestigatethebehaviorofRPCstructuresreinforcedwithCFRPtendons