纤维塑料筋混凝土梁设计理论研究

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[16~18]。试件参数包括预应力度、混凝土强度、预应力筋布置方式以及非预应力筋应力幅等。通过4根梁的300万次疲劳试验,对部分预应力CFRP筋混凝土梁在疲劳荷载下的受力性能、破坏模式等进行了较为系统的分析与研究;提出了部分预应力CFRP筋混凝土梁的疲劳全过程简化分析方法,并进行了13根梁试件在疲劳荷载作用下的有限元参数分析。此外,基于试验研究与有限元参数分析,提出了部分预应力CFRP筋混凝土梁的疲劳设计建议:
    (1)计算预应力CFRP筋混凝土梁的非预应力筋应力幅时,应采用混凝土疲劳变形模量,并且可不考虑钢筋以及CFRP筋的弹性模量退化而采用其静力弹性模量;
    (2)为避免发生非预应力筋疲劳断裂,建议部分预应力CFRP筋混凝土梁的非预应力筋应力幅限值取为120MPa;
    (3) CFRP筋的疲劳应力幅限值建议取为其设计极限强度的10%;
    (4) 混凝土疲劳应力限值可参考现行《混凝土结构设计规范》按不同混凝土应力比取值。
6 预应力CFRP筋混凝土梁抗震性能设计建议
    基于本课题组前期关于钢筋混凝土梁抗震性能的研究成果[19],开展了4根有粘结预应力CFRP筋混凝土梁与9根部分粘结预应力CFRP筋混凝土梁的低周反复试验。梁截面尺寸为150mmx250mm,跨度为3.5m。试件设计参数包括:①预应力度(分为0.5和0.7);②CFRP筋预应力束(分为1Φcfrp12.5和2Φcfrp12.5);③张拉控制应力(分为0.55和0.65)。
    基于混凝土梁的低周反复荷载试验,分别对有粘结、部分粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、恢复力模型、变形恢复能力、延性性能、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为系统的研究。分别建立了不同试验参数的有粘结、部分粘结预应力CFRP筋混凝土梁的M-Φ恢复力模型,并初步提出了预应力CFRP筋混凝土梁的抗震性能设计建议:
    (1)由于在地震反复荷载作用下,梁端部预应力CFRP筋应力波动较大,应采取必要的措施以避免发生预应力CFRP筋的锚固破坏;
    (2)建议CFRP筋张拉控制应力取为其极限抗拉强度值的0.5~0.65倍;
    (3)为保证预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的延性,建议其预应力度不超过0.7。
    需要说明,本文提出的关于预应力CFRP筋混凝土梁疲劳性能与抗震性能的设计建议还是初步的,有待今后进一步的研究与完善。
7 本课题组正在开展的研究工作
    目前,本课题组在交通部西部交通建设科技项目、国家“十一五”863计划课题和国家“十一五”科技支撑计划重点课题的资助下,正在开展的研究内容包括:FRP筋(GFRP筋、AFRP筋和CFRP筋)的耐久性能、AFRP筋的粘结性能、预应力AFRP筋混凝土梁的受力性能、FRP组合桥面板和全FRP桥面板的静力性能与疲劳性能、FRP智能吊杆的智能传感特性与受力性能等。
                        参考文献
1 薛伟辰.现代预应力结构设计.北京:中国建筑工业出版社,2003
2 薛伟辰.混凝土结构中新型配筋FRP的试验研究.南京:河海大学博士后研究工作报告,1997
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4 薛伟辰,王晓辉.高性能碳纤维增强塑料(CFRP)绞线筋粘结性能研究.建筑结构学报,2007,27(6):67-73
5 Xue Weichen, Wang Xiaohui,Zhang Shulu. Bond Properties of High Strength CFRP Strands. ACI Material Journal. Accepted
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7 郑乔文,薛伟辰.粘砂变形GFRP筋的粘结滑移本构关系.工程力学 已录用
8 薛伟辰,郑乔文,杨雨.FRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力设计研究.工程力学已录用www.tmgc8.com
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10 薛伟辰,王晓辉.有粘结预应力CFRP筋混凝土梁试验研究与非线性分析.中国公路学报,2007,20(4):41-47
11 薛伟辰,王晓辉.预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁试验研究.与非线性分析.铁道学报,2007,29(3):72-77
12 薛伟辰,谭园,王晓辉.有粘结预应力PRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力的计算方法.建筑结构已录用
13 谭园,薛伟辰,王晓辉.有粘结预应力FRP筋混凝土梁抗裂度与裂缝宽度的计算方法.建筑结构已录用
14 王晓辉,薛伟辰,谭园.有粘结预应力FRP筋混凝土梁挠度的计算方法.建筑结构已录用
15 薛伟辰,张蜀泸. 部分粘结预应力CFRP筋混凝土梁设计理论研究.己投稿工程力学16薛伟辰,钱卫.部分预应力CFRP筋混凝土梁疲劳性能研究.中国公路学报己录用
17 薛伟辰,钱卫.疲劳损伤后部分预应力CFRP筋混凝土梁受力性能研究.铁道学报已录用
18 钱卫,祁德庆,薛伟辰.预应力CFRP筋混凝土梁疲劳全过程分析.振动与冲击已录用
19 Weichen Xue, Liang Li, Bin Cheng, Jie Li. The Reversed Cyclic Load Tests of Normal and Pre-stressed Concrete Beams. Engineering Structures (2007),doi:10.1016/j.engstruct. 2007.06.001

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