弯矩极限兵神

第31卷第6期2010年12月华北水利水电学院学报JournalofNorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerV01.
3lNO.
6Dec.
2O10文章编号:1002—5634(2010)06—0050—04GFRP筋混凝土连续梁极限状态研究吴智明,祁皑(1.
莆田学院,福建莆田351100;2.
福州大学,福建福州350108)摘要:首先推导了GFRP筋混凝土矩形截面梁正截面极限弯矩的计算公式,然后通过定义弯矩重分布系数分析两跨GFRP筋混凝土连续梁的极限弯矩和破坏截面,最后通过6根GFRP筋混凝土连续梁试验检验了理论分析的合理性,为GFRP筋混凝土连续梁的工程应用提供参考.
关键词:GFRP筋;连续粱;弯矩重分布;极限弯矩;破坏截面中图分类号:TU377.
9文献标志码:A钢筋锈蚀一直是工程上的一个严重问题.
由于玻璃纤维增强塑料GFRP(GlassFiberReinforcedPlastics)筋具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、重量轻、耐疲劳、耐电磁等优点,在许多工程中得到应用.
目前,国内外对GFRP筋混凝土梁进行的研究主要集中在简支梁上,但实际工程中大部分梁为连续梁.
因此笔者在已有的研究基础上,进~步分析GFRP筋混凝土连续梁的极限状态.
1GFRP筋混凝土连续梁极限状态的理论研究1.
1基本假定根据国内外的试验研究结果,在进行GFRP筋混凝土矩形截面梁正截面受力分析时采用以下假定:①截面应变符合平截面假定;②梁开裂后不考虑受拉区混凝土的作用;③混凝土和GFRP筋的应力一应变关系已知;④混凝土和GFRP筋之问具有良好的粘结作用.
1.
2混凝土和GFRP筋的应力一应变关系模型a.
混凝土受压应力一应变关系按文献[2]确定.
b.
GFRP筋受拉应力一应变关系一直保持线弹性关系直到破坏为止,用公式表达为:o7=E,8f,(0≤6,f≤凡),(1)式中:E,为GFRP筋的受拉弹性模量;o7为GFRP筋应变为s时的应力;8为GFRP筋的极限拉应变.
C.
参照文献[4—6],在计算梁截面承载力时,受压区GFRP筋的应力一应变关系可按下式计算:orfErr,0≤tf≤m,(2)式中:or为GFRP筋的压应变为占,时的压应力;E,为GFRP筋的受压弹性模量;s为GFRP筋极限压应变.
1.
3GFRP筋混凝土矩形截面梁正截面承载力计算GFRP筋混凝土矩形截面梁正截面的承载力时,采用内力平衡的方法.
为了简化,当受压区混凝土的压应变小于峰值压应变时,可以把受压区混凝土应力分布简化为三角形;当受压区混凝土的压应变超过峰值压应变时,把受压区混凝土的应力分布按照总压力大小和其作用位置均不变的原则,用等效的矩形应力分布图形来代替,如图1所示.
图中,A,和A,分别为GFRP筋的受拉面积和受压面积为GFRP筋的拉应变为时对应的拉应力;厂,为GFRP筋的压应变为,时对应的压应力;系数.
和,参照文献[1]确定.
当梁处于平衡配筋率时,根据截面内力平衡得GFRP筋混凝土矩形截面梁的平衡配筋率为A,p伐Jp、xc+A|伐$}.
￡:一=:一一bh{j8s+A'IE'j-I一警d).
(3)收稿日期:2010—10~l5基金项目:福建省教育厅科技项目(JB02070).
作者简介:吴智明(I98O一),男,福建莆田人,硕士研究生,主要从事结构T程方面的研究第31卷第6期吴智明,等:GFRP筋混凝土连续粱极限状态研究51———.
1A.
,￡r(a)横截图(b)应变分布图图1.
.
上—L---j_|.
I/l7/A.
ff:7,_'o.
s—一:=C:,AIA{A,'Af(c)等效应力分布截面应力和应变分布图理论上GFRP筋混凝土矩形截面梁的破坏有3种情况:①混凝土压碎破坏;②GFRP筋拉断破坏;③混凝土压碎,同时GFRP筋拉断破坏.
以下分别对3种破坏情况加以讨论.
B=a.
当梁的实际配筋率P大于平衡配筋率P时,理论上梁发生混凝土压碎破坏.
由平截面假定及内力平衡可得极限弯矩为:M一譬)+—dA,Er一8(h0一d),(4)一B+√B2—4ACc———广~,A:lt,f3f,B=(A,E,+ArE.
,)C=一(A'IE'jd十,,h0).
b.
当梁的实际配筋率P小于平衡配筋率P时,理论上粱发生GFRP筋拉断破坏.
(a)当0M,则破坏发生在边跨跨中截面.
此时的极限弯矩为32MM.
z,极限承载力为了'2GFRP筋混凝土连续梁的极限状态试验试验共制作了6根两等跨连续梁,每根连续梁的长度都为4000r/ira,两边支座各伸出200iTlm.
各试件的截面尺寸为180mm*200mm,箍筋均为4,8@80,配筋见表1,其中GL代表GFRP筋混凝土连续梁,后面的数字为梁的编号.
表1连续梁的配筋表试件编号GL一1GL一2GL一3GL一4GL一5GL一6梁底部配筋210210210310410310粱顶部配筋210310410310310210试验加载方案为在两跨GFRP筋混凝土连续梁的跨中位置分别施加竖向集中荷载,同时在连续梁的每跨跨中各安装1个位移计,用以测量各级荷载下构件的挠度;在3个支座处各安装1个百分表,用以测量各级荷载下支座的变形,试验采用2个加载千斤顶进行同步加载.
试验根据《混凝土结构设计规范》(G/350010—2002)测出混凝土立方体(150mlnx150mmx150nun)的抗压强度.
=44.
1MPa,混凝土棱柱体(150him*150mm*300mm)的抗压强度厂=33.
5MPa,弹性模量为33.
45*10MPa.
GFRP筋的基本力学性能见表2,其中4,10为GFRP筋,8为钢筋.
表2GFRP筋的力学性能2.
1GFRP筋混凝土连续梁的弯矩重分布系数当GFRP筋混凝土连续梁的中间支座截面和左、右两跨跨中截面开裂后,各截面会产生内力重分布.
由每一级荷载下各截面的弹性弯矩值及实测弯矩值并结合公式(8)可得到各级荷载下各截面的弯矩重分布系数.
根据试验结果,在极限状态时,GFRP筋混凝土连续梁的中间支座截面和左、右两跨跨中截面的弯矩重分布系数见表3.
表3极限状态时GFRP筋混凝土连续梁的弯矩重分布系数试件编号GL一1GL一2GL一3GL一4GL一5GL一6中圭座5.
95%3.
70%3.
93%2,18%5.
o6%16.
00%碱咖善-3.
49%….
%zs%z,%-2.
98%2.
2GFRP筋混凝土连续梁的极限弯矩试验值及破坏截面极限状态时,根据试验测得的左、右两边支座反力及结构力学知识,可以求出中间支座截面及左、右两跨跨中截面的极限弯矩试验值.
根据GFRP筋混凝土连续梁截面的内力平衡计算可得到其截面极限弯矩理论值,同时由GFRP筋混凝土连续梁极限状态分析可理论上确定其破坏截面.
现将极限状态时GFRP筋混凝土连续梁的破坏截面及极限弯矩的理论值与试验值对比汇总于表4,表中表示试验极限弯矩,表示理论极限弯矩.
表4极限状态时GFRP筋混凝土连续梁的截面破坏位置及极限弯矩的理论与试验对比从表4可以看出:①GFRP筋混凝土连续梁的极限弯矩理论值与试验值吻合得较好,说明了文中理论公式的适用性;②GFRP筋混凝土连续梁的破坏截面理论情况与试验结果基本上一致,只有GL一4连续梁的理论情况与试验结果存在差异,可能是右跨跨中截面处的混凝土强度比混凝土试块的强度偏低较多导致的.
3结语对两跨GFRP筋混凝土连续梁极限状态进行了理论与试验研究.
研究结果为GFRP筋混凝土连续梁的设计及工程应用提供重要参考.
参考文献[1]祁皑,吴智明.
GFRP筋混凝土连续梁跨中挠度计算方第31卷第6期吴智明,等:GFRP筋混凝土连续梁极限状态研究53法研究[J].
建筑结构,2009,39(3):11—13.
[2]吴智明,祁皑.
FRP筋混凝土受弯梁正截面受力分析[J].
工程抗震与加固改造,2006,28(3):26—30.
[3]高丹盈,朱海堂,李趁趁.
纤维增强塑料筋混凝土粱受弯性能的计算方法[J].
郑州大学学报,2003,24(1):1—4.
14]AshourAF.
FlexuralandshearcapacitiesofconcretebeamsreinforcedwithGFRPbars[J].
Constructionand[5][6]BuildingMaterials,2005,23(6):l一11.
HayderARasheed,RimNayal,HaniMelhem.
ResponsepredictionofconcretebeamsreinforcedwithFRPbars『J].
CompositeStructures,2004,65(2):193—204.
TarckHAhnusallam.
AnalyticalpredictionofflexuraIbe—haviorofconcretebeamsreinforeedbyFRPbars『J].
Jour—nalofCompositesMaterials,1997,31(7):640—657.
StudyontheUltimateStateofConcreteContinuousBeamReinforcedbyGFRPRebarsWUZhi.
ming,QIAi(1.
PutianCollege,Putian351100,China;2.
FuzhouUniversity,Fuzhou350108,China)Abstract:Firstly,thecalculatingformulaofultimatebendingmomentinthenormalsectionofconcreterectangularsectionbeamrein—forcedbyGFRPrebarswasdeduced.
Secondly,theultimatebendingmomentandbreakingsectionoftwo—spanconcretecontinUOUSbeamreinforcedbyGFRPrebarswereanalyzedbydefiningthecoefficientofmomentredistribution.
Fina11v.
6concretec0ntinuousbeamsreinforcedbyGFRPrebarsweretestedtoverifytherationalityofthetheoreticalanalysis.
whichwouldprovidereferencesf0rcheengineeringapplicationofconcretecontinuousbeamsreinforeedbyGFRPrebars.
Keywords:GFRPrebars;continuousbeam;momentredistribution;ultimatebendingmoment:breakingsection(责任编辑:陈海涛)