FRP(纤维增强复合材料)筋混凝土梁延性性能研究

当今土木工程领域中使用最为频繁的结构类型当属钢筋混凝土结构,而钢筋锈蚀一直是传统钢筋混凝土结构讨论的一个重要课题。尤其是在海港、码头、化工、道路桥梁及大量使用冻盐地区的结构工程中,钢筋锈蚀十分严重,使结构丧失原有承载力,难以达到预期使用寿命。如何提高钢筋混凝土结构的耐久性、提高其使用寿命,成为一个研究的热点。为解决此问题,国内外学者经过近半世纪的研究和探索,研制开发了一种新型材料—纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer)即FRP

FRP具有抗拉强度高、重量轻、抗电磁辐射、抗疲劳、耐腐蚀等一系列优良特性,而且FRP 筋可以做成普通钢筋的形状,故FRP 筋被认为是混凝土结构中预应力钢筋和普通钢筋的一种良好的替代材料。但FRP 筋也有它的缺点:它的弹性模量低﹑刚度小﹑结构变形大,其应力-应变曲线关系直至破坏时均为线弹性,无明显的屈服点,延性较差。由于FRP 筋是脆性材料,所以对纤维增强复合材料筋混凝土结构的延性性能的研究显得尤为重要。延性,即延伸发展的性质。工程中所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用或其他间接作用下,进入非线性状态后在承载能力没有明显降低的情况下承受变形的能力。从延性的本质看,它反映了一种非弹性变形的能力,这种能力保证了强度不会因为发生非弹性变形而急剧下降。延性可以使构件的某些部位进入弹塑性范围内工作,通过构件的变化吸收外力施于结构的巨大能量,产生局部损坏,但整个构件不致倒塌。

由于纤维增强复合材料筋的变形能力不足,所加固结构的延性差制约了FRP 筋的广泛应用,为了改善FRP 筋的力学性能,克服没有屈服点成脆性破坏的缺点,常常采用混杂技术以同时达到增强和增韧的的目的。根据采用纤维的不同,制成的FRP 筋分别被称为碳纤维增强聚合物(CFRP)筋、玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋、芳纶纤维增强聚合物(AFRP)筋和混杂纤维增强聚合物(HFRP)筋。混杂增强技术能够充分发挥不同纤维的优势,扬长避短,优化纤维增强复合材料筋的综合力学性能。

1 混杂效应对FRP 筋延性的影响

混杂效应是混杂FRP 筋所特有的一种现象,它不仅保留了单一FRP 筋的优点,而且因不同的纤维混杂使之获得更加优异的综合性能,混杂FRP 筋的性质并不是单一纤维筋的代数和。

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