探讨纤维增强材料运用于土木工程
纤维增强复合材料的抗拉强度与纤维的种类有关,一般地抗拉强度、抗压强度都很高,相对的抗拉强度高于抗压强度。例如玻璃纤维增强聚合筋的抗拉强度是在550MPa到896MPa之间,而其抗压强度却是在317MPa到470MPa之间。但是芳纶纤维增强聚合筋的抗拉强度高抗压强度都高,在受到相对较低的应力下呈现类似屈服的特性。因为抗拉强度高,在工程结构中,增强纤维材料一般用于受弯构件的受拉区内作为受拉筋,有时在潮湿环境中,也加固受到腐蚀的混凝土结构。
衡量纤维增强聚合筋混凝土梁正截面抗裂性能的主要指标之一是抗裂度。抗裂度也是纤维增强聚合物筋混凝土梁裂缝宽度、挠度及其预应力混凝土构件力学性能计算的主要参数。开裂是因为混凝土的极限拉应变很小,在荷载作用下受拉区混凝土全部开裂,使构件的刚度降低,变性增大。目前,国内外对钢筋混凝土梁正截面抗裂度的试验研究有很多,理论和实践应用都趋于成熟,相关的计算方法、公式也己列入规范中。但是,纤维增强聚合物筋还属于新型材料,对其性能的相关研究很少,大多还处于试验研究阶段。因此,本章进行纤维增强聚合物筋混凝土梁正截面抗裂度的研究。本章是基于62根玻璃纤维增强聚合筋混凝土梁和钢筋混凝土梁受弯性能的试验研究得出了适合于纤维增强聚合物筋混凝土梁脆性破坏特征的受弯承载力的计算方法,对建立与我国现行的结构规范相衔接的纤维增强聚合筋混凝上梁受弯承载力的计算方法与计算公式具有一定的参考价值。本章在试验数据的基础上,研究了与钢筋混凝土梁抗裂度计算公式相协调的纤维增强聚合筋混凝土梁正截面抗裂度的计算方法,推导出相关的计算公式,在今后的相关结构工程设计领域里有一定参考价值。
本文研究的主要成果为:
a)纤维增强复合材料为脆性材料,抗拉强度高,破坏时变形小,其应力与应变关系为线性关系。复合材料的力学性能与组成物的性质、含量紧密相关,通常纤维的体积含量对整个材料的强度影响较大,表现在纤维增强复合材料的抗拉强度随纤维直径的变化而变化。
b)纤维增强聚合筋配筋率对开裂弯矩的影响不大。当截面开裂时,纵向纤维增强聚合筋所受的应力很小,其混凝土梁的开裂弯矩的大小主要取决于混凝土抗拉强的大小。根据现行混凝土结构设计理论,深入的研究了纤维增强聚合筋混凝土梁正截面受弯性能,建立了纤维增强聚合筋混凝土梁正截面抗裂度的计算公式。
本文对纤维增强聚合物筋混凝土构件正截面受弯承载力进行了研究。在研究的过程中,由于理论分析的局限和国内外有关纤维增强聚合物筋混凝土梁的试验研究的缺乏,使一些计算系数还需要通过大量的试验数据进行推算,而且本文提出的计算方法也需要大量的试验数据进行验证,因此,本文的研究工作还应从以下几方面继续完善:
a)虽然系统地研究了纤维增强聚合物筋混凝土梁正截面承载力的计算模式,但还需要通过纤维增强聚合物筋混凝土轴心、偏心受拉构件的试验来验证计算方法的合理性;
b)从理论上建立了纤维增强聚合物筋混凝土梁矩形正截面承载力的计算模式,但对其它截面形式,如T形截面、L形截面,还需进一步的研究;
c)需要深入研究纤维增强聚合物筋在预应力粘结锚固系统中的应用方法;
d)预应力纤维增强聚合物筋混凝土构件的受力性能和应用方法也需要进一步的研究;
e)价格过高限制了纤维增强复合材料在土木工程中的广泛应用,所以如何降低纤维7结论增强复合材料的成本也是值得深入研究的。
纤维增强复合材料作为一种有发展潜力的建筑材料,具有高强、耐腐蚀、电绝缘性、徐变小、抗磁性等性质,是传统的建筑材料(钢材与混凝土)的一个重要补充。随着人们对纤维增强复合材料及相应的混凝土结构的性能、应用前景等认识的深入,纤维增强复合材料会越来越广泛应用于上木工程中,其结构形式也将会越来越多的应用于实际工程中。
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