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混杂配筋(钢和FRP筋)梁正截面受弯设计方法研究

2021-09-23曹大富陆伟刚

工程力学 2021年9期
关键词:承载力有限元混凝土

杨 洋,潘 登,吴 刚,曹大富,陆伟刚

(1. 扬州大学建筑科学与工程学院,江苏,扬州 225127;2. 东南大学土木工程学院,江苏,南京 210096;3. 扬州大学水利科学与工程学院,江苏,扬州 225127)

钢筋锈蚀对传统钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)结构产生重大威胁[1]。究其原因:在腐蚀或潮湿环境下,钢筋的表面首先受到腐蚀,而锈蚀产物又进一步加速内芯锈蚀,最终导致结构的使用性能大幅度降低[2]。纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)具有强度高,质量轻和耐久性好等特点,被认为是可以替换钢筋的理想材料。在过去的几十年里,FRP也逐渐被应用到建筑工程中,特别是一些腐蚀环境[3 − 7]。尽管具有诸多优点,但FRP仍未得到广泛的应用。其原因在于FRP筋为线弹性材料,使得 FRP增强混凝土(FRP reinforced concrete,FRP-RC)结构往往出现脆性破坏。此外,由于FRP的弹性模量较低,使得FRP-RC结构比传统的RC结构表现出更大的挠度和更宽的裂缝[8 − 10],这也限制了FRP的应用。

因此,为了保证结构的耐久性,同时提高结构的延性,不少学者提出了钢筋和FRP筋混杂使用的配筋方式。在使用过程中,将FRP筋布置于受拉区下层,这样,FRP筋就可以发挥耐久性和高强度的特点,而将钢筋布置于受拉区上层,那么钢筋也可以发挥刚度大和延性高的优势。如此,钢筋和FRP筋混杂配筋增强的混凝土(hybrid reinforced concrete,Hybrid-RC)梁可以具有较高的承载力、较好的耐久性和延性[4, 10 − 15]。

为了解Hybrid-RC梁的使用性能,学者们进行了大量的试验和理论分析。早在1997年,Tan[16]对混杂配筋梁的受弯性能进行研究,考虑到钢筋和FRP面积比(Af/As)影响,认为Af/As大于0.5后,Hybrid-RC梁的裂缝宽度和挠度增加,延性降低。……

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