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1、Y 1003ig分类号： =直立塑：!。：密级：垒珏UD C：二：盟生二一：学号：Q堑52东 帝大 学、j- ?_L，硕士学?、位、论文FRP筋与混凝土粘结锚固性能 _ j ，韵试验研究和理论分析j研究生姓名：郭恒主 。-v、导师姓名：毯丝塞麴援一 。 一。、 燧生昱!巫：一。 。 0o申请学位级别：王堂亟一 学科专业名称结塑王握论文提交日期一呈Q堕堡壁基。论文答辩日期2QQ!生里旦呈壁旦学位授予单位蠢亩盍堂 学位授予日期呈Q鳗+生。旦答辩委员会主席一萱塑煎麴捶 评阅人 ：处逊高錾耋霆娅、 t二j，。 瑟捡拄旨堑工猩娅2006年9月FRP筋与混凝土粘结锚固性能的试验研究和理论分析硕士生：郭恒宁
2、摘 要导师：张继文教授，博导钢筋混凝土结构在工业与民用建筑中应用甚为广泛，但钢筋遇水或酸、碱等介质易腐蚀，FRP筋是一种新型的复合材料，它具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，用它代替增强混凝土结构中钢筋可以大大提高增强混凝土结构的使用性能和耐久性能。FRP筋与混凝土结合的前提是保证在外荷载作用下，两者的协同工作。FRP筋与混凝土的粘结性能是设计、应用和推广该种结构的关键技术之一。本文通过19个对拉试件和9个拔出试件的粘结试验，对FRP筋与混凝土的粘结锚古f性能做了相应的研究。通过钢筋与混凝十粘结的工作原理，分析了FRP筋与混凝土的粘结力的组成、粘结力的传递、粘结应力沿埋长的分布、荷载与滑移的关系以
3、及埋入长度、直径等其它因素对粘结强度的影响。在总结国外学者对FRP筋混凝土粘结性能的基础上，建议了锚固长度的计算公式，并经过试验结果的验证，证明是符合实际的。此外，根据试验结果，对国外现有的增强混凝土结构的粘结一滑移本构关系模型曲线进行了对比分析和验证。关键词FRP筋混凝土粘结滑移锚固性能Experimental Study and Theoretical Aanlysis on Bond and AnchorageProperties of FRP Tendons ConcreteGraduate Student：Guo Hang-nineABSTRACTSupervisor：ProfZha
4、ng Ji-wenRC structure has very wide application in industry and civil building，but steel bar easy erode in water oracidic or alkaline etc mediumFRP tendon possess nicer mechanics performance and resistance causticityperformanceIt is a new-style composite material that can greatly improve concrete st
5、ructure using andwearing performance by using to instead ofRC steel barFRP tendon and concrete can cooperate with work by combining together under outside load acting Bondperformance of FRP tendon and concrete is one of the key techniqe about designing and spreading thisstructuralThis paper investig
6、ates bond and anchor performance of FRP tendons concrete by felting test of 19symmetrical pull specimens and 9 pull-out specimensIn which the FRP tendons and concrete felting forceformation and felting force transfer and bond stress distributing on embedded length load and slippage relationas well a
7、s influence factor of bond strength with embedded length and diameter etc were analyzed based onRC felting work principleThis paper proposes Anchorage length calculating formula by suming outsidescholar studies and validating oftesting result in the textBesides the overseas existing reinforced concr
8、ete structural of the constitutive models curve werecontrasted analyse validated by test result ofthe textKey words FRP tendon，concrete，bond slip，anchorage propertiesII东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一
9、同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：重也耋 El期：迎：!：p东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：建趾之皇导师签名：考基壁丛日期：幺，?乙第一章绪论第一章绪论11引言建筑工程领域的材料变革对推动建筑行业的前进和发展往往是至关重要的。从
10、过去的砖石结构、木结构到现在的砖混结构、钢筋混凝土结构及钢结构等发展进步的过程无一不与其使用材料的变革紧密相联。纤维增强复合材料，简称FRP。应用于建筑工程领域，从发展至今己被全球各国工程师们所认同。由于纤维增强复合材料具有很高的抗拉强度，而且质量轻、耐腐蚀、抗电磁等性能特点，所以很受工程设计领域的人们的欢迎。在我国，已被广泛地应用于建筑结构、桥梁结构等工程领域中用于加固、维护以及提高结构构件的性能Il J。80年代，工程中应用的纤维增强复合材料多数是柔软的布型材料。近几年，人们对纤维聚合物筋简称FRP筋(FibreReinforcedPolymerRebar简称FRPRebar)的研究与开发
11、己日趋关注。我们知道，在钢筋混凝土结构设计中，一般是以钢筋主拉、混凝土主压这种主要结构形式。这是因为混凝土为脆性材料，其抗压性能优良而抗拉性能很差，抗拉强度几乎为抗压强度的1110。因此，设计中混凝土一般以抗压为主，而受拉部分由钢筋承担。钢筋因具有良好的受力性能和合适的价格，易成型等优点，已被广泛的应用于工业与民用建筑。但是，钢筋在潮湿的空气和酸碱环境下，容易锈蚀和腐蚀，使钢筋性能削弱甚至失效。尤其是在近水的桥梁、码头、隧道、海边建筑等工程中，这种腐蚀效应更是显著，因而，严重影响了钢筋混凝土结构的使用寿命和耐久性能。新型的纤维聚合物筋，简称FRP筋，具有良好的耐腐蚀性能，而且质量轻、抗拉强度远
12、高于钢筋用它代替混凝土结构中的钢筋，可以大大提高增强混凝士结构的使用性能和耐久性能，因而成为全球建筑工程领域被广为关注的热点。12 FRP筋组成、物理力学性能及特点121 FRP筋的组成FRP筋是由多股连续增强长纤维与数脂基体材料胶合，并经特殊工艺挤拉成型的一种复合材料，其中纤维是主要的受力体，纤维含量越高，其抗拉强度越高，但随着纤维含量的增加，其延性会变差。一般FRP筋材中纤维的体积含量为5065。常用的纤维有碳纤维(Carbon Fiber)、芳纶纤维(AramidFiber)和玻璃纤维(Glass Fiber)等。FRP筋中树脂基体主要起粘结作用，用来把纤维束粘结约束在一起，可以保护纤维
13、和稳定尺寸。常用的基体材料有聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基脂树脂等。122 FRP筋的物理力学性能目前国内外常用的FRP筋的物理力学性能见表11表11各种纤维筋与钢筋、钢绞线的性能对比、封料种类 材料特 钢筋 钢绞线 GFRP筋 AFRP筋 CFRP筋密 度(咖m3) 7 85 7 85 12521 12514 1516抗拉强度(MPa) 490700 14001890 4801600 12002550 6003700屈服强度280420 10501400 ， ，(MPa)受拉弹性模量210 185205 3565 40125 120168(GPa)极限延伸率100 40 123，l I，944
14、0，517()东南大学硕士学位论文纵向温度膨胀系117 117 6，0100 -6，O2O 10O6数(10)横向温度膨胀系数(10叶)1l 7 117 23 30 25应力松弛率， 3 18 7420 13()注：表中数值选自文献421，仅代表市场主要几种产品的参数，123 FRP筋的特点FRP筋作为一种新型的复合材料，与普通钢筋相比，具有以下特点：抗拉强度高。FRP筋的极限抗拉强度一般为15002400MPa。高的可达3700MPa左右，远大于普通钢筋，与高强钢丝差不多。与钢筋不同的是，FRP筋属线弹性材料，但没有明显的屈服台阶。FRP筋一般质量很轻，比重约是钢筋的15，有利于减轻结构自重
15、，方便运输和施工，用于桥梁结构中，可以提高承载效率和跨越能力；FRP筋的热膨胀系数与混凝土存在一定的差异，FRP筋的纵向热膨胀系数较低，而横向热膨胀系数则较大。抗拉弹性模量较低。FRP筋的抗拉弹性模量通常为35150GPa，低于钢筋(200 GPa)，因此，其受力后变形明显大于钢筋，用于混凝土结构中，若不施加预应力，构件受拉后的挠度、裂缝均较大。耐腐蚀性能好。FRP筋抗腐蚀性能大大优于钢筋，可用于桥梁、港口、隧道等易遭腐蚀的结构中。只是不同类型的FRP筋具有不同的耐久性能。其中碳纤维筋的耐久性较好，可用于酸、碱、盐和潮湿的环境下。而GFRP筋的抗碱性能较差，AFRP筋由于会吸收环境中水分而使性
16、能明显降低。抗疲劳性能好。FRP筋具有良好的抗疲劳性能，CFRP筋和AFRP筋的抗疲劳性能明显优于钢筋，而GFRP筋的疲劳强度略低于钢筋。电磁绝缘性能好。FRP筋是非金属材料，适用于有特殊要求的建筑，如雷达站、微波站等。抗剪强度低。FRP筋的抗剪强度很低，其横向抗剪强度仅为纵向抗拉强度的10，因而很容易被剪断。因此，一般适用于钢筋的普通锚具不适合FRP筋，需为其制作专门的夹具和锚具。热稳定性差。FRP筋由于基体材料为有机的树脂，而树脂材料的耐火、耐高温性能均较差，因此，遇高温环境时，FRP筋的性能会明显下降。抗蠕变性能。由于树脂与纤维材料的性能差异，使得FRP筋在受拉过程中，树脂和纤维的逐渐剥离，当恒载作用一段时间后，FRP筋会突然脆性破坏。13
