玻璃纤维复合材料筋混凝土结构及其工程应用

第1 章GFRP 筋的原材料与物理力学性能 1

1.1玻璃纤维与GFRP 筋原材料选择 1

1.1.1玻璃纤维成分 1

1.1.2玻璃纤维生产工艺 2

1.1.3玻璃纤维浸润剂 3

1.2基体树脂、固化剂与GFRP 筋原材料选择 3

1.2.1热固性树脂、固化剂 4

1.2.2热塑性树脂 6

1.3添加剂与GFRP 筋原材料选择 7

1.4部分研究结果 8

1.4.1树脂选用的试验验证 8

1.4.2GFRP 锚索专用柔性树脂的选择 10

1.4.3玻璃纤维选用的试验验证 12

1.4.4GFRP 锚杆表面涂覆抗静电液 13

第2 章GFRP 筋的成型与生产过程 14

2.1成型方法 14

2.1.1拉挤成型 14

2.1.2拉挤-缠绕成型 16

2.1.3拉挤-模压成型 17

2.2成型设备 17

2.2.1成型设备分类 17

2.2.2循环缠绕丝和缠绕-解缠两种生产设备 18

2.2.3缠绕-解缠方法生产小直径GFRP 筋设备 20

2.3制造过程 22

2.3.1原材料检验 22

2.3.2工艺及控制部分 22

2.3.3产品的检验 24

2.4产品种类 24

2.4.1GFRP 箍筋 24

2.4.2GFRP 托盘、GFRP 螺母 25

2.4.3端部锚固系统 26

2.4.4不同表面形式的GFRP 筋 27

2.4.5缠绕玻璃纤维带GFRP 筋 29

第3 章GFRP 筋的力学性能 35

3.1FRP 筋简介 35

3.1.1FRP 筋的特点 35

3.1.2FRP 筋的物理力学性能 36

3.2GFRP 筋原材料材性及制备 37

3.2.1原料的材性 38

3.2.2GFRP 筋的制备 38

3.3基本力学性能 39

3.3.1抗拉强度 39

3.3.2拉伸性能测试 40

3.3.3抗压强度 47

3.3.4弯曲强度 48

3.3.5剪切强度 52

3.3.6抗扭强度 54

3.4腐蚀环境下的力学性能 56

3.4.1酸性溶液 57

3.4.2碱性溶液 57

3.4.3盐溶液 58

第4 章GFRP 筋的高温力学性能 59

4.1研究内容 59

4.2高温后GFRP 筋的拉伸性能 60

4.2.1试验概况 60

4.2.2试验现象 63

4.2.3影响因素分析 66

4.2.4高温后GFRP 筋的各项力学性能指标计算公式 70

4.3高温后GFRP 筋的剪切性能 71

4.3.1试验概况 72

4.3.2试验现象 73

4.3.3影响因素分析 75

第5 章GFRP 筋的搭接性能 77

5.1研究内容 77

5.2FRP 筋与混凝土的搭接性能试验概况 78

5.2.1试验方法 78

5.2.2试件设计与制作 79

5.2.3加载装置及试验方法 84

5.3试验现象描述及破坏形态分析 86

5.3.1试验结果及破坏形态 86

5.3.2试件的破坏形态分析 87

5.4GFRP 筋搭接锚固性能分析 90

5.4.1试验结果 90

5.4.2黏结强度影响因素分析 93

5.4.3黏结-滑移关系曲线影响因素分析 102

5.4.4搭接段应变分布曲线分析 107

5.5（搭接）黏结强度的确定和搭接锚固长度计算 110

5.5.1（搭接）黏结强度的确定 110

5.5.2搭接锚固长度计算 112

第6 章GFRP 筋混凝土矩形截面梁的正截面承载力 114

6.1试验概况 114

6.1.1试件设计 114

6.1.2试验设备和量测内容 116

6.2试验结果 117

6.2.1试件破坏形态 117

6.2.2承载力分析 118

6.2.3跨中挠度 122

6.3正截面受弯承载力的影响因素 124

6.3.1主筋类型对承载力的影响 124

6.3.2配筋率对承载力的影响 126

6.3.3GFRP 筋布置形式对承载力的影响 127

6.3.4受压区GFRP 筋对承载力的影响 127

6.4正截面受弯承载力的计算方法 128

6.4.1计算假定 128

6.4.2不同破坏模式截面应变分布 128

6.4.3正截面承载力计算理论 128

6.4.4平衡配筋率 132

6.4.5界限相对受压区高度ξb 133

第7 章GFRP 筋混凝土梁斜截面承载力 135

7.1研究内容 135

7.2GFRP 箍筋钢筋混凝土梁斜裁面受剪试验研究 136

7.2.1试验目的 136

7.2.2试验方案 136

7.2.3试件测点布置 137

7.2.4试验装置及设备 139

7.2.5试验加载及量测 140

7.2.6GFRP 筋材性试验 140

7.2.7试验现象 141

7.3试验结果分析 146

7.3.1GFRP 箍筋混凝土梁的变形性能 146

7.3.2纵筋应力的变化规律 146

7.3.3箍筋的应变变化规律 148

7.3.4混凝土梁斜裂缝的发展规律 149

7.3.5梁破坏特征和受剪承载力 150

7.4FRP 箍筋钢筋混凝土梁受剪承载力的计算 151

7.4.1FRP 箍筋混凝土梁的抗剪机理 151

7.4.2各国规范中梁受剪承载力计算公式的比较 152

7.4.3各国规范所考虑的因素比较 154

7.4.4FRP 箍筋钢筋混凝土梁受剪承载力计算公式 155

第8 章GFRP 筋混凝土圆形截面梁的承载力 157

8.1研究内容 157

8.2试验概况 157

8.2.1试件尺寸与配筋 157

8.2.2加载方式 158

8.2.3破坏形态 158

8.3圆形梁的正截面受弯性能 160

8.3.1试验结果 160

8.3.2承载力计算公式 161

8.4斜截面受剪性能 163

8.4.1试验结果 163

8.4.2斜截面承载力分析 164

第9 章GFRP 筋混凝土梁抗弯设计方法 166

9.1基于承载能力极限状态的GFRP 筋混凝土梁抗弯设计方法 166

9.1.1设计参数 166

9.1.2GFRP 筋矩形梁承载力和配筋设计方法 166

9.2基于正常使用极限状态的GFRP 筋混凝土梁抗弯设计方法 168

9.2.1GFRP 筋混凝土梁的挠度计算 168

9.2.2GFRP 筋混凝土梁的裂缝宽度计算 169

9.3基于能量和变形性能的GFRP 筋混凝土梁抗弯设计方法 171

9.3.1结构安全储备基本概念 171

9.3.2GFRP 筋混凝土梁基于能量和变形的设计方法 172

第10 章GFRP 筋混凝土柱的受压承载力 175

10.1研究成果 175

10.1.1GFRP 筋抗压强度 175

10.1.2GFRP 箍筋的弯折强度 176

10.1.3全FRP 筋混凝土柱的轴心受压性能 177

10.1.4全FRP 筋混凝土柱的偏心受压性能 178

10.2GFRP 筋混凝土柱轴心受压承载力计算方法 178

10.3GFRP 筋混凝土柱偏心受压承载力计算方法 180

第11 章GFRP 筋混凝土板正截面疲劳试验研究 184

11.1研究内容 184

11.2GFRP 筋拉伸试验研究 185

11.2.1试验目的 185

11.2.2GFRP 筋 185

11.2.3GFRP 筋拉伸试验概况 185

11.3GFRP 筋混凝土板疲劳试验概况 188

11.3.1混凝土 188

11.3.2试件的设计与制作 189

11.3.3测量内容及测点布置 190

11.3.4GFRP 筋混凝土板试验方案 191

11.4GFRP 筋混凝土板疲劳试验结果分析 193

11.4.1两种不同配筋率的静载试件试验结果及分析 193

11.4.2GFRP 筋混凝土板试件B1、B2 疲劳试验结果及分析 196

11.4.3GFRP 筋混凝土板试件B3、B4 疲劳试验结果及分析 199

11.4.4GFRP 筋混凝土板试件B5、B6 疲劳试验结果及分析 202

11.4.5GFRP 筋混凝土板试件B8 疲劳试验结果及分析 205

11.4.6试验结果总结 206

11.5GFRP 筋混凝土板疲劳性能理论分析与计算 207

11.5.1GFRP 筋混凝土板的刚度计算 207

11.5.2GFRP 筋混凝土板刚度试验结果 208

11.5.3疲劳荷载下刚度计算方法 209

11.5.4GFRP 筋混凝土板裂缝宽度的计算 210

11.5.5GFRP 筋混凝土板疲劳寿命分析 212

第12 章GFRP 筋相关标准和规程 214

12.1土木工程用玻璃纤维增强筋（JG/T 406—2013） 214

12.2盾构可切削混凝土配筋技术规程（GJJ/T 192—2012） 215

12.3纤维增强复合材料筋基本力学性能试验方法(GB/T 30022—2013) 216

12.4玻璃纤维增强复合材料筋的高温耐碱性试验方法 217

12.5水泥混凝土用碳（玻璃）纤维增强复合材料筋规程(ACI 440.6M—08) 218

12.6其他相关标准 219

第13 章工程应用 220

13.1“路面工程”应用实例：GFRP 筋连续配筋混凝土路面 220

13.1.1工程概况 220

13.1.2GFRP 筋的应用 221

13.1.3所用GFRP 筋的力学性能 223

13.1.4GFRP 筋的应用效果 223

13.2“水工混凝土结构”应用实例： 港区码头工程和护岸工程 224

13.2.1工程概况 224

13.2.2GFRP 筋的应用 224

13.2.3所用GFRP 筋的力学性能 225

13.2.4GFRP 筋的应用效果 225

13.3“地铁工程”应用实例：盾构可切削混凝土结构工程 226

13.3.1工程概况 226

13.3.2GFRP 筋在地铁工程中的应用 226

13.4“边坡支护工程”应用实例：高等级公路边坡GFRP 锚杆加固技术 229

13.4.1工程概况 229

13.4.2GFRP 锚杆在道路工程中的应用 230

13.4.3质量检测 231

13.5“隧道工程”应用实例：GFRP 筋锚杆在隧道支护结构中的应用 233

13.5.1工程概况 233

13.5.2GFRP 筋锚杆的应用 233

13.5.3GFRP 筋力学测试结果 234

13.5.4GFRP 筋锚杆的应用效果 235

参考文献 236