BFRP筋无粘结预应力混凝土梁受弯性能试验研究

BFRP筋无粘结预应力混凝土梁受弯性能试验研究BFRP筋无粘结预应力混凝土梁受弯性能试验研究摘要：本文以BFRP筋（玻璃纤维增强聚合物筋）为无粘结预应力混凝土梁的主要构造材料，通过试验研究了BFRP筋无粘结预应力混凝土梁的受弯性能。试验包括4根宽度为120mm、高度为200mm的BFRP筋无粘结预应力混凝土梁，其中控制变量为BFRP筋含量和预应力水平。在试验中，采用静载试验进行载荷施加，通过监测应变、挠度与力的变化，获得了BFRP筋无粘结预应力混凝土梁的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线以及荷载-应力曲线等试验数据。通过试验结果的分析，得出结论：BFRP筋无粘结预应力混凝土梁能够承受更大的荷载而且具有更好的延性性能，同时，在相同水平的预应力下，BFRP筋的含量与混凝土强度对梁的受弯性能有显著影响。关键词：BFRP筋、无粘结预应力、混凝土梁、受弯性能、试验研究。1.引言在现代建筑中，混凝土梁作为一种常见的结构组件，几乎在所有类型的建筑中都被广泛使用。预应力混凝土梁在提高混凝土的抗弯强度、延性和韧性方面具有极为重要的作用，同时，在降低混凝土破坏和裂缝的发生率上也具有不可替代的作用。然而，在传统的预应力混凝土中，使用的钢筋存在腐蚀和疲劳问题，在长期使用过程中对结构的稳定性和安全性产生了不利影响。因此，近年来，研究者开始考虑采用其他防腐蚀性能更好、强度和刚度与钢筋相当的非金属材料替代钢筋进行预应力混凝土的加固和修复。其中，BFRP筋因其优异的物理性能和成本效益比较高而变得越来越受到关注。目前，国内外已多次开展了BFRP筋加固钢筋混凝土梁和BFRP筋混凝土梁的试验研究。因此，在无粘结预应力混凝土梁中采用BFRP筋是一个值得探讨的方向。2.实验方案2.1材料BFRP筋制品的拉伸强度在1000MPa以上，同时具有较高的弹性模量，用于预应力混凝土中完全可以替代钢筋。BFRP筋使用情况需要满足以下条件：（1）后期混凝土收缩应力小于BFRP筋的屈服强度；（2）BFRP筋静荷载应力水平应小于其屈服应力的40%。在试验中采用的BFRP筋品牌为“Carborundum”，材质为玻璃纤维增强聚合物。混凝土使用标号为C30（混凝土标准抗压强度28MPa~35MPa），使用砂、石比1：2.5作为骨料。2.2试件制作本试验制作四根宽120mm、高200mm的BFRP筋无粘结预应力混凝土梁，其中混凝土工作层厚度为60mm，BFRP筋（直径为16mm）嵌入混凝土工作层深度为20mm，根据预应力设计值确定了预紧力。在制作梁时，划分了控制组和试验组，其中控制变量为BFRP筋含量和预应力水平。试验组梁的BFRP筋含量为1.5%，4%和6.5%，预应力水平分别为180kN、270kN和360kN。控制组则BFRP筋含量为0%，预应力水平为0kN，作为对比。制作混凝土梁后4~7d,进行无粘结预应力，至第28~30d后进行试验。2.3试验方法在试验中，采用静载试验进行载荷施加，通过监测应变、挠度与力的变化，获取梁的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线以及荷载-应力曲线等试验数据。具体操作过程如下：（1）静放试验：将静载试验机顶部固定在梁顶部，底部固定在梁底部，通过在中央施加均布载荷，使荷载持续增加，记录仪器数据。（2）应变测定：在试验过程中采用应变压片监测梁上表面的应变变化情况。（3）挠度测定：在试验过程中通过测量梁中央的挠度，了解荷载作用下梁的变形情况。（4）力测定：在试验过程中采用静力称重仪器，记录荷载不同时梁的受力情况。3.试验结果分析3.1BFRP筋含量的影响通过对试验组和控制组梁受弯性能试验数据的分析发现，随着BFRP筋含量的增加，梁的弯曲承载力逐渐增大。同时，与控制组以及低含量BFRP筋梁相比，高含量BFRP筋梁具有更好的延性，并且不易发生断裂现象。这是由于BFRP筋的强度与弹性模量与钢筋相当，在提高混凝土强度和增加梁受力能力的同时，BFRP筋本身的伸缩性也带给了混凝土更大的变形空间，从而提高了混凝土梁在受弯时的延性表现。但也需要注意到，当BFRP筋含量达到一定水平时，这种优势将可能被减弱，这是因为BFRP筋含量过高可能导致过度的刚度矩阵和过高的刚度，从而对梁的延性产生了明显的限制。3.2预应力水平的影响当预应力水平增加时，由于混凝土在初期受到压缩应力的作用下的固结作用，混凝土具备了更高的抗弯强度和刚度。这可以有效地提高梁的弯曲承载力和限制其变形。但需要注意的是，高预应力水平可能会引起裂缝的形成，这将削弱梁的延性和可靠性。因此，在预应力水平确定时需要综合考虑混凝土强度和受力要求等因素，以保证梁的稳定性和安全性。4.结论通过试验研究发现，在BFRP筋无粘结预应力混凝土梁中采用BFRP筋具有较好的效果。梁的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线以及荷载-应力曲线等试验数据都显示，BFRP筋无粘结预应力混凝土梁能够承受更大的荷载，具有更好的延性性能，并且相对于钢筋混凝土，具有更好的防腐性能和可