玻璃纤维筋混凝土简支梁抗弯曲实验方法研究

玻璃纤维筋混凝土简支梁抗弯曲实验方法研究
摘要：通过对玻璃纤维筋混凝土简支梁与钢筋混凝土简支梁的抗弯实验成果对比，讨论了玻璃纤维筋混凝土受弯构件正截面受力变形性能和破坏特点。

玻璃纤维筋混凝土简支梁正截面在受力过程中包含四个显著的特点，即弹性、开裂、屈服和极限;根据平截面假定可以推断出正截面的平均应变。

最后，《混凝土结构设计规范（GB50010-2010)》可以给本实验提供依据，从而检验与计算出玻璃纤维筋混凝土简支梁的极限弯矩和开裂时的弯矩以及挠度等。

关键字：玻璃纤维筋混凝土梁、抗弯、极限
前言:随着时代的快速发展，建筑物大多以高层形式出现，其中玻璃纤维筋混凝土结构在建筑物中占有一席之地。

所以，研究玻璃纤维筋混凝土性能就十分重要。

本文欲通过实验对玻璃纤维筋混凝土受弯构件中的性能特征和受力状态加以简单的分析。

一、实验目的
1、了解受观察了解受弯构件分别为钢筋混凝土梁跟纤维筋混凝土梁在受力和变形过程的三个工作阶段及适筋梁的破坏特征
2、两种不同梁受弯时正截面的极限承载力大小、挠度大小和最大裂缝宽度以及裂缝出现和发展过程
3、测定或计算两种类型梁受弯时正截面的开裂弯矩和极限承载力，验证玻璃纤维筋混凝土梁正截面极限承载力的计算方法
二、试验设备
（1）静力试验台座、反力架
（2）手动式液压千斤顶
（3）20T荷重传感器
（4）YD-21型动态电阻应变仪
（5）X-Y函数记录仪
（6）YJ-26型静态电阻应变仪
（7）读数显微镜及放大镜
三、玻璃纤维筋混凝土试件规格：
本试件采用的截面尺寸为 b=120×180mm，h=2000mm，混凝土采用C30；钢筋HPB235--HRB400；跨度l=2m的玻璃纤维筋混凝土简支梁。

1、截面尺寸确定：l=4.5mh=(1/18—1/12)l=400mmb=(1/3—1/2)h=200mm
2、材料选择：混凝土采用C30，钢筋采用HRB335。

四、实验步骤
1、按照规格制作试件
2、定期养护
3、确定加载方案及加载程序
4、混凝土达到初期设计强度之后，对构件表面做些简单处理，之后安装
5、布置各种测点
6、预加载
7、正式加载
五、试验结果及分析
将所测得的结果绘制纤维筋混凝土梁的曲线(M~f)，纵坐标为弯矩，横坐标为挠度，详情见下图所示。

从图中可以明白,纤维筋混凝土梁与钢筋混凝土梁有区别，破坏属于突发的脆
性破坏。

在M-f曲线中，受力与变形中存在转折点，梁的受力与变形过程主要由
以下两个阶段组成。

第一阶段，表现为开始加载直到受弯构件开始出现裂缝。

开始加载时,只是加
了一点荷载，混凝土位于线弹性变形阶段,应力与应变成正比关系，斜率为常数。

之后，所加荷载逐级增加，越来越大，混凝土的应力图形中斜率不再是常数，图
形由直线关系转变为曲线变化，表现为受拉边缘混凝土的应变快要达到极限拉应
变值。

在第一阶段中，混凝土并未出现裂缝。

在这个阶段中所能承受的荷载比极
限荷载小的多,和钢筋混凝土差不多。

在第一阶段的末期混凝土还未出现裂缝，混
凝土的拉应力达到抗拉强度,一旦超过抗拉强度混凝土试件就会开裂。

第二阶段,表现为受弯试件出现裂缝。

所加荷载不断增大，受弯试件弯矩值不
断接近开裂弯矩值，,在玻璃纤维筋混凝土简支梁的抗拉强度较弱的地方开始出现
第一条裂缝,此时试件开始带缝工作的阶段。

在开裂截面的部位，受拉区混凝土无
法继续承受荷载，荷载全部通过受拉筋材来承受。

如果产生裂缝，裂缝就会迅速
扩展，扩展方向为向上。

当裂缝向上扩展达到一定的高度时，扩展速度会逐渐减小。

六、结果分析
1、平界面假定适用性分析
根据实验得出，在荷载逐级增大条件下，受弯试件的跨中截面应该与截面高
度有关，可以得到从初始加载到玻璃纤维筋屈服，所能承受一定量的荷载，截面
中每个点到中性轴的距离成正比关系。

所以，平截面假定适用于受弯的玻璃纤维
筋混凝土简支梁。

2、跨中――挠度分析
本次实验，玻璃纤维筋混凝土简支梁在受力过程中经历了三个阶段，分别是
线弹性阶段、带裂缝工作阶段以及破坏阶段。

在线弹性阶段，荷载与跨中挠度呈
正比，斜率为常数，并未出现裂缝;在带裂缝工作阶段，表现为出现裂缝以后到纵向钢筋并未屈服，荷载与跨中挠度不再为正比关系，斜率不再为常数呈非线性变化；最后，在破坏阶段中，表现为纵向钢筋屈服，荷载与跨中挠度无关呈一条水
平线。

3、荷载一跨中钢筋应变分析
当受弯构件处于破坏阶段纵向钢筋受到屈服，玻璃纤维筋混凝土简支梁的应
变快速变大，受弯构件的荷载与跨中钢筋的应变曲线大致分为三部分，由直线段、曲线段以及水平段组成。

4、裂缝开展与分布分析
受弯构件开裂时经常周围有响声，响声不大，开裂以后，裂缝宽度与荷载变
化成正比，所受荷载越大，裂缝宽度扩展越大，当达到破坏阶段，表现为纵向受
力钢筋屈服，裂缝宽度变多速度很快，直至实验受弯试件破坏。

受弯试件达到破
坏时裂缝间距大致不变。

5、对于纤维筋混凝土:
当完成实验之后分析成果不难看出，根据混凝土规范(GB50010- 2002以及JTG D62 - 2004)查到的模型理论值玻璃纤维筋混凝土梁的跨中挠度与实测值存在不小
的误差。

为了能够计算出玻璃纤维筋混凝土梁的实际弯矩和跨中挠度,应当考虑美
国混凝土协会ACI440.1R-03针对玻璃纤维筋混凝土梁出现裂缝以后正截面弯矩的
经验公式，本文参考实验成果,提出玻璃纤维筋混凝士梁的弯矩与挠度（M-f）预
测模型，详情请见下图所示：
七、结论
本文通过实验研究发现，玻璃纤维筋混凝土梁在受力作用下的抗弯性能特征。

通过详细的分析实验成果，发现了玻璃纤维筋混凝土梁在受力状
态下的抗弯性能特征和变形与荷载之间的相关规律。

最后，总结出玻璃纤维
筋混凝土梁的弯矩与挠度预测模型以及验算方法。

（1）玻璃纤维筋的弹性模量与钢筋相比较小，所以玻璃纤维筋混凝土梁在受力作用下产生的挠度比相同强度等级的混凝土梁大的多。

（2）玻璃纤维筋混凝土梁的弯矩与挠度预测模型无法直接使用钢筋混凝土规范中的参考公式，本文中提到了玻璃纤维筋混凝土梁的弯矩与挠度预测模型。

通
过分析计算结果发现，用弯矩与挠度预测模型计算得出的跨中挠度值和实际值误
差不大可忽略不计。

参考文献
[1] 金伟良,赵羽习,混凝土结构耐久性研充的回顾与展望
[J]浙江大学学报, 2002, 36(4); 371-380.
[2] 徐有银, 钢筋混凝土粘结锚固性能的试验研究[J]，建筑结构学报, 1994(6):
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[3]金伟良, 越羽习,混凝土结构耐久性[M],北京:科学出版社, 2002.
作者简介：殷月（1998-），女，汉族，江苏扬州人，南京工程学院在校本科生，就读方向:城市地下空间工程。

项目基金：南京工程建筑工程学院大学生科技创新项目，项目编
号:201811276120H。