非金属筋混凝土板的剪力性能
Shear in slabs with non-metallic reinforcement
摘要整理
纤维增强复合材料（FRP）非金属筋具有高抗拉强度和优异的耐腐蚀性能。过去50年的广泛研究为其作为钢筋替代品在混凝土结构中的应用提供了设计模型和方法。然而，简单替换钢筋并未充分发挥这一创新材料在减少混凝土保护层厚度和自重方面的潜力。将FRP非金属筋应用于纺织网格形式是拓展其应用范围的有前景方向，这种方式加固的薄板结构在桥面板、停车场甲板、幕墙及空心截面腹板和翼缘等领域具有高应用潜力。然而，现有FRP加固构件剪力承载力预测模型多基于与传统钢筋混凝土结构相似的实心截面尺寸推导，其应用于厚度30~200 mm的薄板且采用高强度FRP筋的情况存在争议。本论文从统一的角度分析FRP加固构件的剪力承载力，提出适用于更广泛筋型和构件高度的改进模型。通过详细表征直线型和预成型FRP筋的材料性能，深入理解其与钢筋的行为差异，为剪力承载力预测奠定基础。论文核心为144个有/无剪力筋板段试件的大规模试验研究，涵盖单跨和单跨悬臂配置，详细分析了承载和破坏机制。结合自有试验与现有FRP加固试件研究，建立了两个大型数据库，深入评估了现有剪力模型的优缺点。对无剪力筋构件，剪跨比和尺寸效应被确定为需要改进的关键因素。采用高强度弯曲筋时，剪力破坏可在更大剪跨比下控制，需在剪力模型中考虑。通过改进这两个参数的半经验模型，实现了对FRP纺织筋和FRP直筋加固构件剪力承载力的更精准预测。对有剪力筋构件，提出了基于转角的工程模型，将剪力承载力分解为筋和混凝土两部分贡献。通过引入依赖纵筋局部应变状态的竖筋变量应变限制，显式考虑了剪压破坏。模型结果与试验数据库吻合度优异。当材料强度和刚度得到正确表征时，无需区分筋型或构件高度，该模型具有真正的统一性。本研究为FRP筋在各类结构体系、截面形式和荷载情况下的应用奠定了重要基础，有助于充分发挥这一创新材料的优势。