文摘

本文介绍了混凝土梁的抗剪能力增强用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)钢板剪力钢筋。检查剪切性能,我们制造和测试共有八个标本。测试变量包括GFRP strip-width-to-spacing比例和类型的数组。的GFRP板的标本开放数组显示最高的抗剪强度。从测试结果,抗剪强度增加strip-width-to-strip-spacing比例增加。同时,我们用实验结果评估是否ACI 318 - 14的剪切强度方程和ACI 440.1 r可以应用于GFRP剪切钢筋的设计。结果,ACI 440方程低估了实验结果ACI 318以上。

1。介绍

几项研究已经进行混凝土梁的弯曲行为与纤维增强聚合物(FRP)抗拉钢筋因为玻璃钢材料有耐腐蚀等优点,重量轻,可加工性,和易性,高强度1- - - - - -5]。大多数FRP抗剪钢筋混凝土构件研究的改造。Hawileh et al。6)和Al-Tamimi et al。7)建议技术涉及外部粘结碳纤维增强聚合物(CFRP)分层或钢筋混凝土上成员。哈桑和Rizkalla8]研究FRP板的粘接强度,嵌入式或混凝土构件的外观。然而,典型的剪切钢筋(箍筋)混凝土构件是很难制造玻璃钢材料由于其脆性性质和单向的特点。因此,FRP抗剪钢筋还没有充分调查。弯曲部分的强度明显小于直的玻璃钢棒的一部分;因此几个代码和设计准则指定了FRP筋的能力降低引起的弯曲的酒吧9- - - - - -12]。最近的研究调查了玻璃钢箍筋的抗剪能力,提出了一个抗剪强度方程(12- - - - - -15]。金等人提出了一种新型FRP抗剪钢筋代替钢箍筋(16]。平板型FRP抗剪钢筋比玻璃钢马镫更好的施工能力和容易加工。同时,板抗剪钢筋不降低强度的集中应力弯曲部分。在前面的纸,玻璃钢的类型和形状钢筋没有显著影响抗剪强度。

在本文中,考虑到经济和易于制造,我们使用一个晶格形状GFRP材料抗剪钢筋。评估的适用性玻璃钢板材剪切钢筋,使用混凝土梁剪切测试进行了嵌入式与GFRP板的开口,考虑到数组的空缺和GFRP strip-width-to-spacing比率为主要变量。我们还分析了失效模式和应变分布。

2。试验研究

2.1。实验材料

按照ASTM C39 [17150年),我们测试了七个圆柱形标本300毫米直径,毫米的高度。混凝土28天的平均抗压强度为44.6 MPa。十螺纹钢的直径25500毫米,屈服强度MPa是用作纵向钢筋。我们用GFRP板开口嵌在混凝土抗剪钢筋。玻璃钢的拉伸试验进行了基于CSA S806-02 [10]。拉应力是480MPa。图1显示了一个示意图的标本。

2.2。样品的细节

我们考虑开口的数组,GFRP strip-width-to-spacing比率,和钢筋的数量作为变量。GFRP板制造的三个形状如图2和3。每个板块都有相同的面积();a类型有开放数组,b型开放数组,和c -型开放数组。所有的十字路口水平(0°)和垂直(90°)组件由直角。不同的水平和垂直分量的宽度的板提供了每个变量在每个类型的数组。三个板设计的细节和变化在每个类型表1。

我们测试了总共8混凝土梁嵌入与GFRP板的开口。图4说明我们在标本放置GFRP板根据其形状。锚固长度()是300毫米,远点的支持。总时间()和净跨()2700年毫米和2100分别为毫米。混凝土保护层的厚度是40毫米,剪切span-to-depth比率为2.4。所有的标本都是钢筋使用十螺纹钢直径25毫米两层,以确保梁剪切弯曲之前失败的测试。

2.3。测试设置

负载的速度应用于每个标本5kN /分钟使用一个液压千斤顶最大容量为5000kN,如图5。产生的力液压千斤顶是传播的中心钢分布梁安装应用两点加载梁标本。负载细胞附着在杰克的底部加载的大小来衡量。一个线性差动传感器(线性)安装在底部中心的标本测量了垂直位移。如图5,我们安装了四个应变仪的中心每个FRP板的水平和垂直分量。收集的数据记录器载荷、位移和应变数据。

3所示。抗剪强度方程

图6定义了GFRP板的宽度(),有效的深度()和空间()。

几种机制导致钢筋混凝土梁的抗剪能力,如混凝土、剪力钢筋,机械总量联锁,抗拉钢筋的销行动。抗剪钢筋抗剪机制,如图7。对于本文,我们取代马镫的垂直地带FRP抗剪钢筋。的功能水平地带是锚垂直条。水平投影的裂纹。玻璃钢垂直条穿过裂缝的数量。假设所有玻璃钢垂直条达到他们的失败,可以获得剪切钢筋的抗剪强度

我们假设裂纹角是45°时计算剪力钢筋的抗剪强度。玻璃钢的拉伸行为的特征是一个线性弹性应力应变关系失败。因此,假定剪切破坏发生后抗剪钢筋断裂。

3.1。抗剪强度方程在ACI 318 - 14所示

所示(2),抗剪强度方程在ACI 318 - 14 (15]提供的和混凝土的抗剪强度和抗剪钢筋。混凝土的抗剪强度可以从(3),包括纵向钢比()和剪切span-to-depth比()。方程(4)计算剪力钢筋的抗剪强度材料基于钢铁箍筋的抗剪强度的概念在ACI 318 - 14所示。FRP板抗剪强度的计算需要的面积垂直组件()、竖直分量的数量(),抗拉强度的临界剪切,如(4)。板的面积(可以获得)(5),临界剪切跨度的竖直分量可以获得(6):

3.2。在ACI 440.1 r-06剪切强度方程

ACI 440.1 r剪切强度方程提供了一个与玻璃钢钢筋混凝土抗弯加固。然而,在本文中,我们采用了混凝土的抗剪强度方程ACI 318因为我们使用抗弯钢筋。可以计算剪力钢筋的抗剪强度(7)。方程(8)给出了应力水平在FRP抗剪钢筋最大用于设计。ACI 440.1 r地址箍筋的抗剪强度所引起的弯曲纤维塑料筋,所示(9)。因为我们的GFRP剪力钢筋是一盘类型,我们不考虑弯曲部分。考虑

4所示。实验测试结果

4.1。失效模式

如图8,弯曲裂缝发生在张力表面中间的跨度,紧随其后的是斜裂缝的形成。斜裂缝传播向装载点,混凝土破碎发生在上端斜裂纹的区域失败的最后阶段。换句话说,shear-compression失败(剪切斜裂缝)的发生。大约150的初始裂纹出现在一个负载kN中间的梁。这似乎是一个弯曲裂缝由于弯曲拉应力引起的。约200kN,弯曲剪切裂纹出现在有效深度,远远的支持。约450kN,斜裂缝出现,然后弯曲剪切裂纹。GFRP板的钢筋抗剪切力的增加斜裂缝发生和细长。当GFRP板到达的极限抗拉强度,断裂,标本失败发生。

我们观察到两种典型失效模式,以应对钢筋的数量提供。首先,所有的标本除了5和a - 6断裂,板块破裂之后展示了他们最大的剪切强度。混凝土保护层的标本5 a - 6,另一方面,断裂前板达到最大抗剪强度。标本显示两种不同的失效模式,因为开口的大小的盘子和开口的面积变化的比率。这个结果也可能是由于缺乏具体的报道。因此如果开大小,开口的面积,比和足够的混凝土覆盖条件得到满足,板将演示最大抗剪强度,标本将提供有效的抗剪性能。最大加载和最大剪切强度的测试结果总结在表2。

4.2。数组的开口,开口率

图9显示了每个板使用的测量类型和类型的变化。板块的总宽度和高度都标记为和分别;每个打开的宽度和高度是标记为和,分别。开幕式的规模和比例的面积空缺表中列出3。开口的面积的比例是所有开口的面积除以总面积的盘子。我们设计了板满足下列条件:宽度()和深度(表中描述的GFRP板的开口3应该至少100毫米,开口的面积的比例应高于50%。

在标本5 a - 6,不符合这些条件,具体表现出脆性破坏前板达到最大强度的限制。标本颈,遇到了比条件而不是大小条件,显示最大抗剪强度低于标本酮,既满足条件。因此,如果打开大小大于100毫米和开口的面积的比例高于50%,FRP抗剪钢筋和混凝土之间充分集成可以预期。

图10显示了三个标本的载荷挠度关系(a - 3、酮和颈- 3)相同比例的开口的面积。所有三个标本展出剪切破坏之前相同的行为。这个测试结果表明,试样比a - 3酮有更多的有效集成,因为更大的混凝土和酮板之间的保税区。尽管颈- 3三个最大的保税区,其深度()还不到100毫米。标本酮表现出最大的剪切强度。因此,提高抗剪能力,保税区FRP板与混凝土之间应该最大化,同时满足开放条件的规模和比例开口的面积。

4.3。的剪力钢筋

检查剪切钢筋的数量对剪切强度的影响,我们设计了每个标本与不同数量的强化。剪切钢筋的数量是竖直分量的数量的产品在临界剪切跨度()、竖直分量的宽度()和竖直分量的厚度(),也就是说,()。图11显示了标本的载荷挠度关系与各种剪力钢筋的地区。剪切钢筋的实验变异量4 a - 1是由不同的垂直条的宽度;5和a - 6,这是由不同的垂直条间距控制。图12显示六个试件的剪切强度的比值(a - 1 a, a - 3, 4, 5,和a - 6)根据剪切钢筋的数量。从实验测量获得的抗剪强度,然后呢得到的抗剪强度计算方程。

所有的标本,除了5和a - 6,显示出类似的抗剪强度的比率。相比之下,标本5和a - 6显示只有80 - 90%的计算值。由于板不够开放的大小和开口的面积,比脆性破坏发生在标本5和a - 6前剪切钢筋达到最大强度的限制。

图13根据width-to-spacing显示抗剪强度比加沙地带的所有标本,除了两个不符合开放的大小和比例条件(5和a - 6)。结果表明,抗剪强度随spacing-width脱衣舞的比例也在不断增加。正如预期的那样,建立有效的剪切裂缝控制提供了一个更大的保税区抵抗剪切裂缝。这个保税区随着width-to-spacing比例增加而增加。

5。比较实验结果和剪切强度方程

表4显示了混凝土的抗剪强度(),板的抗剪强度(),最大剪切强度(),这是抗剪强度之和的混凝土板、梁的设计使用的抗剪强度方程ACI 318和ACI 440 - 1 - r。抗剪强度之比(),比较了最大剪切强度计算()和剪切强度实验(),也包括在表中4。ACI 318 - 14中的抗剪强度公式计算混凝土的抗剪强度是一个常数。如表所示4抗剪强度比值的平均值()是1.46标准差为0.10使用ACI 318和抗剪强度比()的两个值在1.33和1.61之间。另一方面,ACI 440.1 r给出平均值1.83标准差为0.21,抗剪强度比的两个值在1.57和2.09之间。这个验证抗剪强度方程在ACI 318可用于预测混凝土梁的抗剪强度与嵌入式GFRP板开口,只要板符合最小条件开放大小和开口的面积比。另一方面,当使用ACI 440.1 r,只有40%的设计力量是应用抗拉强度;因此,测试结果被低估了。

6。结论

在这项研究中,分析了混凝土梁的抗剪性能与嵌入式GFRP板开口,我们选择的开口,开口的面积,比大量的剪切钢筋,GFRP strip-width-to-strip-spacing比例作为变量。我们使用了抗剪强度方程ACI 318 - 14和ACI 440.1 r比较实验和理论剪切优势。我们得出以下结论:(1)打开的宽度和高度应大于100毫米,开口的面积之比应大于50%获得有效的抗剪性能。(2)三个不同的三种不同形状的加强板的结果表明,增加保税区GFRP板与混凝土之间增加剪切钢筋的性能,提供了基本的条件得到满足。(3)GFRP strip-width-to-spacing比率的分析表明,随着比例的增加,保税区增加,提高抵抗剪切裂缝。(4)ACI 318和ACI 440.1中的方程r成果一般保守的剪切强度。ACI 318代码给出了一个平均值1.46标准差为0.1。ACI 440.1 r代码给出了一个均值为1.83,标准差0.2。因此,剪切强度方程在ACI ACI 318年是比这更适用于440.1 r的GFRP plate-reinforced混凝土梁。

符号

:	剪切span-to-depth比率
:	截面积的FRP板的垂直地带(毫米2)
:	网页宽度(毫米)
:	距离极端压缩纤维纵向受拉钢筋的质心(毫米)
:	指定的混凝土的抗压强度(MPa)
:	指定的FRP板的抗拉强度(MPa)
:	FRP板的竖直分量在临界剪切
:	纵向抗剪钢筋的中心间距(毫米)
:	FRP板的厚度(毫米)
:	名义提供的抗剪强度混凝土(kN)
:	所提供的抗剪强度实验(kN)
:	名义FRP板提供的抗剪强度(kN)
:	名义抗剪强度(kN)
:	FRP板的宽度(毫米)
:	抗剪钢筋和纵轴的夹角(°)成员
:	的比例来。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项工作是由韩国国家研究基金会(NRF)授予由韩国政府资助(MSIP) (NRF - 2011 - 0016332)。