玻璃纤维混凝土板的试验研究.pdf

第26卷第1期
华中科技大学学报(城市科学版)
Vol 26 No
2009年3月
J. of HUST. (Urban Science Edition)
Mar.2009
玻璃纤维滉凝士板的试验研究
郑俊杰,李志华,藿世鸿
(1.华中科技人学a.土木工程与力学学院;b.控制结构湖北省重点实验室,潮北武汉430074;
2.中交集团桥隧重点实验室,溯北武汉430071)
摘要:为了给应用于盾构媵道进出口洞培的玻璃纤维混凝土板设计提供理论依据,采用千斤项加载,应变仪
和百分表采集数据、进行了四块玻璃纤维混凝土板和两块钢筋混概土板的室内试验,分析了两种材料构件性能
的差异。试验结果表明玻璃纤维混凝十构件的挠度和裂继宽度比钢筋凝土构件大,玻璃纤维筋与混凝土之
间的粘结性能是制约构件性能发挥的重要因素。最后对玻璃纤维混凝土板的设计计算方法提出了一些建议。
关键词:玻璃纤维;混凝土板;挠度;粘结性能
中图分类号:TU377.9'1文献标识码:A文章编号:1672-7037(2009)01-0019-03
通常盾构工法中的进发、到达竖井用钢筋混筋混凝土板进行实验硏究,探讨两种结构性能的
凝土构鏡,用盾构机的掘削刀具直接掘削这些竖差异,为玻璃纤维混凝土板的配觞设计提供依据。
井的并壁进行盾构的进出洞的开口作业极为困
难,为此人们期望找到种高强度、易切削的材料1试验方案
来代替钢筋作为混凝土的加强筋。其中,玻璃纤
维是一种比较合适的材料,可做成和普通钢筋
1试件设计及材料性能
样的外形,放置在混凝土中作为内置的增强材料
本文试验共有两组玻璃纤维混凝土板和一组
使用。然而,玻璃纤维的弹性模量和延性较用作对比的钢筋混凝土板(编号分别为B1、B2和
低,玻璃纤维混凝土士构件与钢筋混凝士构件相比B3),每组均有两块,板的尺寸均为1500mx
有更大的挠度与裂缝宽度,因此玻璃纤维混凝士1000mx120mm。玻璃纤维筋直径为6mm,弹
构件的结构性能与钢筋混凝土构件的性能有很大性模量为40.8GPa,极限抗拉强度为800MPa,钢
差异。现行混凝士结构设计规范?不能适用筋采用Q235,混凝土强度等级分别为C15和
于玻璃纤维混凝土结构的设计。
C30。各块板的设计荷载均为150kN/m2,有关参
国内外学者对玻璃纤维混凝土构件的性能进
数见表1。
行了一些研究。 Branson:“1从理论上提出了计算
表1板的材料及加方式
梁截面有效惯性矩的公式; Michaluk通过实验
编号加强筋材料混凝士强度加载方式
发现配FRP筋的试件在最终破坏时,FRP筋的强
玻筋璃纤维
四点集中加载
度没达到其抗拉强度; Bradberry?提出CFRP簡B12玻筋璃纤维CT5沙袋模拟均布荷载
用于混凝土结构时需超筋设计,以确保破坏模式
玻筋璃纤维
四点集中加
为混凝土受压破坏,避免CFRP筋的突然脆性断
B2-2玻筋璃纤维C30沙袋模拟均布荷载
裂导致的结构突发失效和破坏;高丹盈和Bra-
钢筋
C30
四点集中加载
hin建议把纤维増强塑料筋混凝土梁设计为由
B3-2
钢筋
四点集中加载
混凝土压坏控制的梁;罗毅假设混凝土先受压1.2加載方案和测点布置
破坏,推导了玻璃纤维混凝土构件抗弯设计方法。
为进行对比,加载方法采用两种,一种为用四
但是,目前的研究主要集中于梁的设计理论,关于点集中加载模拟均布荷载(图1),千斤顶施加的
玻璃纤维板的研究相对较少。
集中荷载先传到横梁上,再分配到两根分配梁上,
本文通过对四块玻璃纤维混凝土板和两块钢然后通过四个圆形的橡胶支座施加到试验板上
收稿日期:2008-05-19
作者筒介:郑俊杰(1967-),男,湖北武汉人,博土,教授、博导,研究方向为岩土工程及隧道工程,hemg』@hust.cdh,cno
基金项目:新世纪优秀人オ支持计划(NCET06-0649);中交集闭二航局重点科技攻关项(K120605)
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华中科技大学学报(城巾科学版)
2009年
另一种为通过沙袋传カ,将集中力扩散,模拟均布
ー=BJ-
荷载(图2)。各块板的加载方法见表1,荷载通
一ーB2
ーAーB2-」
过在千斤顶上放置的传感器测得。在各级荷载作
B3-1
用下,钢筋和玻璃纤维筋的应力通过粘贴在其表
B3-2
面的应变片测得;混凝土的应力通过粘贴在板表
面的应变片测得;各板的挠度由四个板角和板底
日幽
中心处设置的百分表测得。
上。し?r1、しAL-上⊥
01020304050607080901001120130
荷载(kNm3)
图3板荷载挠度曲线
2.2两种材料筋混凝土构件差异对比
图1四点集中加载装置图2沙袋传力加载装置
从图3可以看出,玻璃纤维混凝土构件的挠
度大于同级荷载下的钢筋混凝土构件。试验中发
2试验结果与分析
现,裂鏠宽度的变化也有上述规律。因此在进行
截面设计时,对变形的控制将是一个很重要的方
2.1承载力
面,而且对钢筋混凝士枃件变形的控制要求不适
试验构件的开裂荷载和破坏荷载见表2。尽用于玻璃纤维祝凝士构件。从试件的破坏荷载来
管6块试验板的受力主筋和混凝士强度等级各不看,锅混凝土试件性能发择得相对比较充分,这
相同,但是每块板的开裂荷载相差不大。在混凝也是两种材料间的差异。
土构件开裂之前,受拉区混凝士可以承受拉应力,
玻璃纤维混凝土试验板在试验中表现出了很
主筋受力较小。由于板的截面尺寸较大,拉区混强的脆性特征,在某级荷载下挠度、裂缝宽度突然
凝土承受的拉应力不能忽略不计,因而开裂荷载变的很大,构件破坏。相应的钢筋混疑土试验板
受构件的截面尺寸影响较大。本试验六块板尺寸
的破坏则相对缓和,反映了两种材料的主筋的差
相同,故开裂荷载相差不大
异。玻璃纤维是脆性材料,没有屈服,因而不论哪
表2开裂荷载和破坏荷载
KN/m
种破坏模式,其破坏都是突然发生的,钢筋有屈服
阶段,在适筋的情况下,构件有一定的延性。
试件编号
开裂荷载
破坏荷载
16.9
39.9
由于玻璃纤维筋泥凝土板会岀现脆性破坏
在应用中应当格外注意。尽管少筋破坏和超筋破
9.3
坏都是脆性破坏,但是由受力主筋拉断引起破坏
的突发性更强,而压区混凝土压碎则稍显缓和
B3-1
18.8
点,因此在实际应用中,要按超筋来进行设计。
]7.4
114.7
2.3试验现象原因分析
通过在受力筋和混凝土表面贴应变片,可以
从两种材料作为加强筋的混凝土试件荷载
测出相应的应变值,然后根据材料已知的应力应挠度曲线的对比可以看出,在荷载较小的情况下,
变关系,求出对应的应力值。试验结果的分析表两种材料板的挠度差异不大,但随着荷载的增大,
明,每块板均未出现受力主筋拉断或者压区混凝
玻璃纤维滉凝土板的挠度陡增,试验板表现出
土被压碎的情况。在实验过程中可以观察到,构
强度没有达到预定设计值,构件的破坏由于变形
件