FRP约束下不同表面特性FRP筋与海水海砂混凝土粘结性能研究

作     者：赖振宇 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：洪雷

授予年度：2022年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0815[工学-水利工程] 0813[工学-建筑学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：FRP筋 海水海砂混凝土 粘结 筋材表面特性 粘结强度模型 FRP约束 

摘      要：近期,全球性河砂淡水资源匮乏问题导致混凝土原材料短缺,海水海砂混凝土的使用成为解决沿海地区以及相关岛礁基础建设的可行途径。但海水海砂中大量的氯离子会导致普通钢筋严重的锈蚀问题,FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋因其无易腐蚀性成分、高耐久性,应用在海水海砂混凝土结构中能够有效解决钢筋锈蚀问题。外部约束FRP能够进一步提高侧向约束和耐久性能,提高海水海砂混凝土与FRP筋的粘结性能。然而应用范围的差异使得不同表面特性和不同肋几何特性FRP筋应运而生,不同种类FRP筋与海水海砂混凝土的粘结性能成为二者协同工作的前提,本文通过建立FRP筋-混凝土粘结数据库以及105个中心拉拔试件试验对不同表面特性和不同肋几何特性FRP筋与海水海砂混凝土的粘结性能进行研究,研究内容与结论如下:(1)在试验前,搜集大量文献,建立407个中心拉拔试件数据库,对混凝土抗压强度、保护层厚度等因素对6种表面特性FRP筋与混凝土的粘结性能影响进行分析研究,其中FRP表面特性的不同极大影响了二者的极限粘结强度,同时各表面特性FRP筋试件受混凝土保护层厚度、混凝土抗压强度等因素影响的程度也不同,带肋型FRP筋的极限粘结强度随着混凝土强度或混凝土保护层厚度的提升均有较大的增长,而喷砂型FRP筋的粘结强度随着混凝土强度的增长并没有明显的提升,反而混凝土保护层厚度的增大对其粘结强度有较大贡献。此外,使用数据库明确了现有模型对于FRP筋-混凝土粘结强度预测偏差的原因,并基于此提出了6种表面特性FRP筋-混凝土极限粘结强度预测公式,通过对比现存公式预测结果以及误差分析,发现本文提出的预测公式能够很好的预测不同表面特性FRP筋与混凝土之间的极限粘结强度。在数据库分析的基础上,明确了FRP带肋筋在其与混凝土粘结性能中的优势,为后续试验做足准备。(2)本研究中试验部分是在五种FRP带肋筋与海水海砂混凝土结合的基础上,选取CFRP和GFRP进行外部约束。采用中心拉拔试验进行研究,分析试验现象和试验数据比较不同因素变量对粘结性能的影响,从而探讨FRP约束下FRP筋与海水海砂混凝土的粘结性能。试验选取试件为105个直径与高度之比为1:1的圆柱体海水海砂混凝土中心拉拔试件,全面考察FRP筋肋几何特性、纤维类型、FRP约束层数、FRP筋直径、保护层厚度等因素对粘结特性与破坏模式的影响。其中肋几何特性对FRP筋与海水海砂混凝土粘结性能的影响较大。试验中的中心拉拔试件极限粘结强度随着直径与相对粘结长度的增大而减小,同时随着相对混凝土保护层厚度的增大而增大。外部FRP约束能够有效的将劈裂破坏试件转变为拔出破坏,最大能够提升170.9%的极限粘结强度。(3)对FRP筋与海水海砂混凝土中心拉拔预试验的破坏过程和破坏形态进行了研究,通过对比和理论分析,阐述其粘结机理。通过对试验现象及数据的分析,明确了FRP筋与海水海砂混凝土的使用对粘结性能的影响,为FRP筋及海水海砂混凝土的应用提出新路线。分别讨论上述变量对试件粘结性能的影响规律,明确肋几何特性对粘结强度影响与贡献,确定影响粘结性能及破坏机理的关键因素。其中FRP带肋筋肋宽以及肋高存在最佳数值这一概念,通过实际测量得出的FRP带肋筋的各个肋几何参数都对其与海水海砂混凝土的极限粘结强度有不同程度的影响,对FRP约束下的FRP带肋筋与海水海砂混凝土中心拉拔试件的极限粘结强度进行了分析和拟合,阐述了FRP布对FRP筋与海水海砂混凝土粘结性能的贡献,在无约束极限粘结强度公式的基础上建立了基于肋几何特性并适用于CFRP约束以及GFRP约束下FRP筋与海水海砂混凝土的极限粘结强度计算公式。