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钢-连续纤维复合筋（SFCB）增强混凝土梁受弯性能的多维度解析与创新探索

一、引言

1.1研究背景与意义

随着建筑行业的蓬勃发展，对建筑材料的性能要求日益严苛。传统钢筋混凝土结构在长期使用过程中，因钢筋易受腐蚀，导致结构耐久性降低，维修成本高昂，难以满足现代建筑对安全性和可持续性的高要求。而纤维增强复合材料（FRP）筋虽具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，但其弹性模量较低、延性较差，限制了其广泛应用。在此背景下，钢-连续纤维复合筋（Steel-ContinuousFiberCompositeBar，SFCB）应运而生，它结合了钢材和纤维增强复合材料的优势，有望成为一种高性能的建筑材料。

研究SFCB增强混凝土梁的受弯性能具有重要的现实意义。从优化结构性能角度来看，SFCB凭借自身特性，能够有效改善混凝土梁的力学性能，提高其承载能力和刚度，降低结构自重，这对于大跨度建筑和高层结构而言，可显著提升结构的稳定性和安全性，拓展建筑的设计空间，满足多样化的建筑需求。在解决资源环境问题方面，SFCB的耐腐蚀性能可大幅减少因钢筋腐蚀导致的结构维修和更换，降低资源消耗和环境污染。此外，其在一些特殊环境，如海洋、化工等腐蚀性较强的环境中，能保障结构的耐久性，减少对环境的潜在危害，符合可持续发展理念。

1.2国内外研究现状

国外学者较早开展了对FRP筋及相关复合筋的研究。在早期，针对FRP筋混凝土梁的受弯性能研究中，明确了FRP筋的轻质高强特性可有效减轻结构自重，但也发现其弹性模量低导致梁的变形过大问题。随后，部分学者尝试将钢材与FRP复合，对SFCB的基本性能进行探索，研究了SFCB的拉伸性能和疲劳性能，发现SFCB在一定程度上综合了两者优势。在SFCB增强混凝土梁受弯性能研究方面，通过试验分析了不同配筋率和纤维类型对梁受弯性能的影响，结果表明SFCB能提高梁的极限承载力和延性。

国内对SFCB的研究虽起步稍晚，但发展迅速。相关研究集中在SFCB的制备工艺改进，通过优化工艺提高了SFCB各组成部分间的粘结性能，进而提升其整体性能。在受弯性能研究中，系统地分析了SFCB增强混凝土梁在不同受力阶段的性能变化，包括开裂荷载、屈服荷载和极限荷载等，并与传统钢筋混凝土梁进行对比，证实了SFCB增强混凝土梁在受弯性能上的优越性。还通过数值模拟深入探讨了各因素对梁受弯性能的影响机制。

然而，现有研究仍存在不足。在材料性能研究方面，对SFCB长期性能的研究较少，其在长期荷载和复杂环境作用下的性能变化规律尚不明确。在结构性能研究方面，对于SFCB增强混凝土梁的设计理论和方法还不完善，缺乏统一的设计标准和规范，限制了其在实际工程中的广泛应用。本文将针对这些不足，深入研究SFCB增强混凝土梁的受弯性能，为其工程应用提供更坚实的理论基础。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括以下几个方面：一是SFCB的材料特性研究，分析SFCB的组成结构对其力学性能的影响，明确其基本力学性能指标，如拉伸强度、弹性模量、屈服强度等。二是开展SFCB增强混凝土梁的受弯性能试验研究，设计并制作不同参数的混凝土梁试件，包括不同配筋率、SFCB外包纤维类型和厚度等，通过试验获取梁在受弯过程中的荷载-挠度曲线、筋材应变、混凝土应变以及裂缝开展等数据，分析其破坏模式和受弯性能。三是进行SFCB增强混凝土梁受弯性能的影响因素分析，通过试验和理论分析，探讨配筋率、混凝土强度、SFCB外包纤维特性等因素对梁受弯性能的影响规律。四是构建SFCB增强混凝土梁受弯性能的理论模型，基于材料本构关系和结构力学原理，建立梁的受弯承载力、刚度和裂缝宽度等计算模型，并通过试验数据验证模型的准确性。

本文采用多种研究方法。试验研究法，通过设计并实施严格控制变量的受弯试验，获取第一手数据，直观地了解SFCB增强混凝土梁的受弯性能和破坏特征。理论分析法，依据材料力学、结构力学等基本理论，对试验数据进行深入分析，推导相关计算公式，揭示其力学性能的内在规律。数值模拟法，利用有限元软件建立SFCB增强混凝土梁的数值模型，模拟不同工况下梁的受力情况，与试验结果相互验证，并进行参数分析，进一步研究各因素对梁受弯性能的影响，为理论研究和工程应用提供参考。

二、钢-连续纤维复合筋（SFCB）概述

2.1SFCB的组成与构造

钢-连续纤维复合筋（SFCB）主要由钢筋内芯和FRP外包覆层组成。钢筋内芯作为主要的受力部分，赋予SFCB良好的延性和较高的弹性模量，能够有效承担拉力和压力，确保结构在受力过程中的稳定性。FRP外包覆层则利用纤维增强复合材料的特性，为SFCB提供高强度和优