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GFRP筋ECC混凝土梁抗弯性能试验研究的中期报告
摘要：
为了探究GFRP筋ECC混凝土梁的抗弯性能，本试验设计并制作了10根试件，其中包括5根使用纯钢筋和5根使用GFRP筋的试件。试件的尺寸为250mm×250mm×1200mm，通过三点弯曲试验，分析其破坏形态、变形性能，并对试件的抗弯性能进行对比分析。结果表明，使用GFRP筋的试件的张应变总量与使用纯钢筋的试件相比略低，但其最大负弯矩比使用纯钢筋的试件高出约8.7%。并且，GFRP筋试件的破坏形态表现出较好的延性。
关键词：GFRP筋；ECC混凝土；梁；抗弯性能
一、引言
随着人们环保意识的增强，钢筋混凝土结构中的钢筋被一些新材料，如玻璃钢增强材料（GlassFiberReinforcedPolymer，GFRP）、碳纤维增强材料（CarbonFiberReinforcedPolymer，CFRP）以及包括天然纤维在内的生物质增强材料等所替代。GFRP筋由于具有许多优良的性能，如具有良好的耐腐蚀性和高的强度，以及具有良好的延性和韧性等，近年来受到了广泛的研究和应用。ECC混凝土也是一种新型的混凝土，在与纤维混合后，展现出了良好的自愈合性和很高的韧性等性能。
本文旨在通过试验研究探究GFRP筋ECC混凝土梁的抗弯性能，以期为该结构的应用和推广提供一定的科学依据。
二、实验设计
1.材料选择
本试验所使用的材料如下：
1）水泥：P.O42.5R；
2）细骨料：长江沙；
3）粗骨料：φ10mm碎石；
4）添加剂：聚丙烯酰胺纤维、聚乙烯酯粉末；
5）纤维：0.5%(byvolume)碳纤维、4.0%(byvolume)GFRP筋；
6）GFRP筋规格：φ10mm，长度为1100mm，弹性模量为37GPa，极限拉伸强度为896MPa；
7）钢筋规格：HPB300，φ10mm，长度为1100mm，弹性模量为210GPa。
2.试件制作
本试验制作了10根梁，其中5根采用GFRP筋，5根采用普通钢筋。每组试件的尺寸均为250mm×250mm×1200mm。试件制作采用标准的钢筋混凝土梁的制作方法，在混凝土混合物的配合方面，为了保证ECC混凝土的韧性，采用了聚丙烯酰胺纤维和聚乙烯酯粉末等添加剂。GFRP筋的安装方式采用了与钢筋相同的方式，每根试件中的钢筋或GFRP筋数量相同，试件的总配筋率为1.5%。
3.试验方法和结果分析
三点弯曲试验是本试验所采用的试验方法，通过对试件的应力-应变曲线及对试件的变形和破坏形态进行分析，得到了如下的结果：
1）应力-应变曲线
本试验中使用了5根纯钢筋试件和5根GFRP筋试件进行对比试验。试验结果显示，使用GFRP筋的试件的张应变总量在小于纯钢筋试件的情况下，其最大负载应力与使用纯钢筋的试件相当。其中，GFRP筋试件的最大负载应力为127.7MPa，而使用纯钢筋的试件最大负载应力为126.2MPa。
2）破坏形态
试验结果显示，使用纯钢筋的试件在破坏时表现出了脆性的特点，破坏形态呈现出纵向裂缝和横向裂缝交替分布的情况。而在使用GFRP筋的试件中，试件的破坏形态表现出更加良好的延性，试件发生了较大的弯曲位移且未发生明显的断裂或塑性偏壳破坏，与使用纯钢筋的试件相比，在试件壳层中裂缝的密度明显减少。
3）抗弯性能分析
试验结果表明，与使用纯钢筋的试件相比，使用GFRP筋的试件具有更高的最大负弯矩，其最大负弯矩比使用纯钢筋的试件高出8.7%。此外，使用GFRP筋的试件在弯曲后的位移较大，说明了其较好的延性和韧性性能。
三、结论
本试验结果表明，使用GFRP筋的ECC混凝土梁具有良好的抗弯性能，并表现出了良好的延性和韧性。在相同的配筋率下，与使用纯钢筋的试件相比，使用GFRP筋的试件在弯曲承载能力、延性、韧性等方面均有所提高。但同时，在试验过程中也出现了GFRP筋的延伸变形较大的情况，需要进一步考虑使用GFRP筋的构件在应变过大时的失效机制。总的来说，GFRP筋的应用为ECC混凝土结构的技术革新提供了新的选择。