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基于深度学习的纳米纤维海水海砂混凝土粘结机理分析

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建筑结构 2022年第S2期52卷 1147-1151页

作者：林敏吴海英张湘伟赵红邱燕红张伟方辉广东工贸职业技术学院测绘遥感信息学院广州510510 广东工贸职业技术学院经济贸易学院广州510510 广东工业大学机电工程学院广州510006 广东工贸职业技术学院广州510510

研究了纳米纤维(nanofiber)对海水海砂混凝土(SSC)劈拉强度和粘结性能的影响。研究发现,加入单一的纳米纤维(nanofiber)——膨胀剂(EAS)或玻璃纤维(GFS)可以提高SSC的劈裂强度、弯曲强度、粘结能以及初始和失稳粘结韧性。联合使用EAS和G... 详细信息

研究了纳米纤维(nanofiber)对海水海砂混凝土(SSC)劈拉强度和粘结性能的影响。研究发现,加入单一的纳米纤维(nanofiber)——膨胀剂(EAS)或玻璃纤维(GFS)可以提高SSC的劈裂强度、弯曲强度、粘结能以及初始和失稳粘结韧性。联合使用EAS和GFS,上述指标最大分别提高了65%、75%、155%、101%和82%。最佳EA含量为3%~6%,且随GF含量的增加而增加。据此,提出的EAS和GFS加筋SSC的深度学习拉伸本构模型与试验结果吻合较好。首先采用CPMs对粘结界面进行粘结裂缝点搜索,然后,根据SqueezeNet深度学习网路架构对粘结界面模型的参数进行压缩,最后得到与试验结果吻合的粘结界面模型,试验结果表明单张图片准确率达91.4%,同时缩短了粘结裂纹界面模型搜索时间达45.28%,所提算法能够提高海水海砂混凝土粘结界面模型分析的精度和降低训练成本。

关键词：纳米纤维海水海砂混凝土粘结性能深度学习

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海水海砂混凝土研究进展

节能 2022年第8期41卷 73-75页

作者：王祥胜罗星张澳黄祎晨武汉建工股份有限公司湖北武汉430058 武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070

利用海水海砂替代淡水河砂能够有效解决自然资源匮乏等问题,对海洋工程的建设具有重要意义。通过对国内外现有研究进行总结,综合分析了原材料特性、海水海砂混凝土力学性能以及海水海砂结构构件的研究等问题。海水和海砂可以有效地替代... 详细信息

利用海水海砂替代淡水河砂能够有效解决自然资源匮乏等问题,对海洋工程的建设具有重要意义。通过对国内外现有研究进行总结,综合分析了原材料特性、海水海砂混凝土力学性能以及海水海砂结构构件的研究等问题。海水和海砂可以有效地替代淡水和河砂以解决资源问题,未来还应研究在冲击荷载以及爆炸荷载下结构的损伤,以此更好为实际工程应用提供帮助。

关键词：海水海砂混凝土力学性能纤维增强复合材料(FRP)海水海砂混凝土结构

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涂塑钢管海水海砂混凝土受弯性能研究

建筑钢结构进展 2023年

作者：叶勇姜航余林康华侨大学土木工程学院华侨大学福建省结构工程与防灾重点实验室

将海水海砂混凝土填入涂塑钢管，利用内涂塑层防止氯盐腐蚀钢管，可实现海水海砂混凝土在结构工程中的合理利用，但涂塑层对组合构件力学性能的影响尚不明确。为探究涂塑钢管海水海砂混凝土构件的受弯性能，明晰涂塑层对构件承载变形能... 详细信息

将海水海砂混凝土填入涂塑钢管，利用内涂塑层防止氯盐腐蚀钢管，可实现海水海砂混凝土在结构工程中的合理利用，但涂塑层对组合构件力学性能的影响尚不明确。为探究涂塑钢管海水海砂混凝土构件的受弯性能，明晰涂塑层对构件承载变形能力的影响，进行了12根试件的弯曲加载试验，主要参数为海水海砂混凝土强度。研究结果表明，涂塑层对受弯构件破坏形态和受力性能的影响不显著。涂塑钢管海水海砂混凝土受弯构件的破坏形态与传统钢管混凝土的相近，均为钢管受压区产生鼓曲、受拉区达到屈服，核心混凝土产生均匀分布的多条裂缝，整体构件呈现良好的承载和变形性能。随着海水海砂混凝土强度的提高，组合构件的受弯承载力随之提高。利用现有钢管混凝土的相关规范可较好预测涂塑钢管海水海砂混凝土构件的受弯承载力。

关键词：海水海砂混凝土涂塑钢管受弯性能承载力组合作用

BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂混凝土梁受弯性能研究

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BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂混凝土梁受弯性能研究

作者：王志杉温州大学

学位级别：硕士

GFRP筋(玻璃纤维复材筋)因其良好的耐腐蚀性能,被广泛认为是代替钢筋的一种最佳材料。本文针对GFRP筋混凝土梁文献进行了研究,发现GFRP筋构件在受弯时表现出大挠度和宽裂缝的特性,并在对文献研究中发现格栅加固普通混凝土梁能有效改善... 详细信息

GFRP筋(玻璃纤维复材筋)因其良好的耐腐蚀性能,被广泛认为是代替钢筋的一种最佳材料。本文针对GFRP筋混凝土梁文献进行了研究,发现GFRP筋构件在受弯时表现出大挠度和宽裂缝的特性,并在对文献研究中发现格栅加固普通混凝土梁能有效改善梁的挠度和裂缝性能,但也存在加固层和原结构表面存在粘结性能不佳从而导致加固层剥落现象。因此,本文提出在GFRP筋海水海砂混凝土梁底布置BFRP格栅,通过一体化浇筑以期能改善FRP筋梁固有的挠度大与裂缝宽的缺陷。本文根据文献研究结果,重点研究了BFRP格栅厚度、纵向GFRP筋配筋率以及海水海砂混凝土强度对GFRP筋混凝土梁受弯性能的影响,这些对新结构在实际工程中的应用具有重要意义。本文的工作主要包含以下几个方面:(1)通过材性试验,获得试验所用GFRP筋和BFRP格栅的极限抗拉强度、极限应变与弹性模量等基本力学性能,为BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂凝土梁构件的抗弯性能分析提供数据支撑。(2)通过BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂混凝土梁的四点受弯试验,获得了各混凝土试验梁的开裂荷载、极限荷载、裂缝开展情况与跨中挠度等试验数据,分析试验结果并结合各梁试验现象,得出了加固BFRP格栅沿梁长的应力-应变变化曲线,验证了BFRP格栅增强梁基本满足平截面假定,为试验梁的承载力、挠度与裂缝宽度理论计算提供了依据。(3)通过分析两种混凝土强度下的BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂混凝土梁的受弯性能。GFRP筋混凝土梁的开裂荷载随着混凝土强度的提高而变大。D12-G0系列开裂荷载提升幅度最大,分别达到38.2%、11.8%、5.7%和2.1%。(4)通过分析两种GFRP筋配筋率下的BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂混凝土梁的四点受弯性能。配筋率对GFRP筋梁的开裂荷载影响较小;但GFRP筋配筋率的减小使得试验梁的极限荷载随之减小,且减小趋势具有线性性质。(5)通过分析不同格栅厚度下的BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂混凝土梁的受弯性能。GFRP筋梁的开裂荷载与BFRP格栅厚度变化不大,但GFRP筋梁的极限荷载随格栅厚度的增加而显著增大,且BFRP格栅厚度的增加可改善GFRP筋混凝土梁的延性。格栅厚度的增加显著提高了试验梁的极限承载力,最大可提高20%。(6)通过分析不同格栅厚度下的BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂混凝土梁的受弯性能。GFRP筋梁的裂缝宽度随BFRP格栅厚度的增加显著减小,对C30-D14系列,与不加格栅的GFRP筋梁相比,加入3mm、6mm与9mm厚度BFRP格栅的梁试件裂缝宽度分别减小了40%、54.5%与75.5%。同时GFRP混凝土梁的裂缝发展也更为均匀。(7)通过分析四根龄期为150d的BFRP格栅增强GFRP筋海水海砂混凝土梁的受弯性能。龄期对GFRP筋梁极限承载力与挠度的影响程度不大,但对GFRP筋梁的裂缝宽度影响较大。DC30-D12-G6、DC30-D14-G6、DC40-D12-G6、DC40-D14-G6的最大裂缝分别比C30-D12-G6、C30-D14-G6、C40-D12-G6、C40-D14-G6高出12.9%、17.7%、61.8%与33.3%。

关键词： GFRP筋 BFRP格栅海水海砂混凝土受弯性能试验研究

氯盐侵蚀下TRC约束海水海砂混凝土与BFRP筋粘结性能研究

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氯盐侵蚀下TRC约束海水海砂混凝土与BFRP筋粘结性能研究

作者：董朋杰中国矿业大学

学位级别：硕士

南海岛礁基础设施工程建设需要大量的建筑材料,为提高工程效益可就地取材用海水海砂替代淡水河砂来拌制混凝土,海水海砂中的Cl会锈蚀钢筋,严重影响钢筋混凝土结构服役寿命。纤维增强聚合物筋(fiber reinforced polymer bars,简称FRP筋)... 详细信息

南海岛礁基础设施工程建设需要大量的建筑材料,为提高工程效益可就地取材用海水海砂替代淡水河砂来拌制混凝土,海水海砂中的Cl会锈蚀钢筋,严重影响钢筋混凝土结构服役寿命。纤维增强聚合物筋(fiber reinforced polymer bars,简称FRP筋)凭借轻质高强和耐腐蚀等优异性能,在一些特殊工程中逐渐成为钢筋的替代材料。FRP筋与海水海砂混凝土的界面粘结性能是评判FRP配筋海水海砂混凝土结构服役性能的一个重要基础,因此有必要开展海洋环境下FRP筋的力学性能以及其与海水海砂混凝土粘结性能退化规律方面的研究。为了应对复杂的海洋环境及提高结构服役年限,可以对既有建筑结构进行加固或修复;纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete,简称TRC)具有优异的力学特性和耐久性,在对结构截面尺寸和重量影响不大的情况下可起到良好的加固效果,开展海洋环境下TRC约束混凝土的研究有利于推进TRC在海工混凝土中的应用。本文基于江苏省重点科研项目“TRC/ECC模板FRP筋海砂混凝土结构关键技术研究”展开试验。首先研究海水海砂混凝土包裹BFRP筋在氯盐侵蚀环境下力学性能退化规律;其次研究氯盐侵蚀环境对BFRP筋与海水海砂混凝土界面粘结性能的影响;最后探究氯盐侵蚀环境下TRC约束对海水海砂混凝土与BFRP筋粘结性能退化的影响。本文主要的研究结论如下:(1)海水海砂混凝土包裹BFRP筋在氯盐侵蚀作用下会逐渐地腐蚀退化,温度对极限抗拉强度的影响较为明显,升高温度会加剧BFRP筋的劣化速度;增大氯盐浓度,BFRP筋极限抗拉强度退化速率会进一步加快;保护层厚度和氯盐浓度对BFRP筋的弹性模量和极限拉应变的影响没有明显的退化规律,但整体都随着侵蚀龄期呈下降趋势;且温度的影响较明显。(2)基于改进的FHWA模型预测了海水海砂混凝土包裹BFRP筋在氯盐侵蚀作用下力学性能退化规律,进一步预测了BFRP筋在30℃、45℃和60℃温度下加速老化试验50年后强度保留率分别剩余71.75%、65.15%和53.17%;并预测了五个不同沿海地区氯盐侵蚀作用50年后的强度保留率都保持在70%以上,且随着地区温度降低,强度保留率呈上升趋势。(3)氯盐侵蚀过程中,升高温度会加速FRP筋与混凝土的老化作用,从而降低界面粘结性能,30℃、45℃和60℃温度下氯盐侵蚀180天时粘结强度分别下降了10.2%、13.2%和23.1%;在侵蚀初期低浓度的氯盐可能有助于粘结性能的提高,后期极限粘结应力逐渐降低;当氯盐浓度过高时,继续增大氯盐浓度对粘结性能影响不明显;增加保护层厚度不仅显著提高了混凝土对筋材的握裹力,也减缓了氯盐对混凝土与筋材交界面的侵蚀效果,从而提高了粘结性能;侵蚀环境下筋材直径对粘结性能的影响规律与常规环境下类似,减小筋材直径,有利于提升粘结性能。并基于Prigogine能量耗散结构理论,对粘结-滑移曲线进行能量分析,得到的结论与试验结果较为一致。(4)用BPE模型验证本试验粘结-滑移曲线发现BPE模型同样适用于描述氯盐侵蚀下的BFRP筋海水海砂混凝土的粘结滑移过程;基于Bank预测模型和Arrhenius加速理论,预测了50年后不同温度时氯盐侵蚀作用下的海水海砂混凝土与BFRP筋的粘结强度值,并且以五个不同沿海地区为例,预测了服役50年后损伤因子均小于0.6,且随温度的升高,损伤因子会逐渐增大。(5)TRC约束改变了试件的破坏形态并提高了试件破坏时的延性,3层TRC约束时已经全部表现为拔出破坏;但随着侵蚀龄期增加,试件的延性会有所降低;TRC约束混凝土后可以明显提高粘结强度,3层约束粘结强度提升了38.3%,随着侵蚀龄期的增长,相较于常规环境下的约束试件,极限粘结强度逐渐降低,且达到极限粘结强度时的滑移值也随之有小幅度减小;增加氯盐浓度,试件的极限粘结强度以及达到极限粘结强度时的滑移值会有下降的趋势,且先约束后侵蚀比先侵蚀后约束试件强度退化更加明显;粘结强度对温度的响应较为敏感,随着温度升高粘结强度呈降低趋势,且先约束比后约束的试件粘结强度降低更多,高温不仅会加速筋材与混凝土自身的老化速率,而且会加剧TRC的劣化速率。(6)通过本文试验数据验证现存的粘结滑移曲线模型发现有很高的吻合度,说明粘结滑移曲线模型同样适用于TRC约束海水海砂混凝土与BFRP筋的粘结滑移关系;建立了TRC约束层数与侵蚀龄期控制下的海水海砂混凝土与BFRP筋极限粘结强度和滑移关系,并预测了不同TRC约束层数与侵蚀龄期控制的极限粘结强度和对应滑移值,发现约束层数大于4层时约束效果已不再明显提高;在长期氯盐侵蚀下约束层数较少时试件延性会降低。该论文有图56幅,表31个,参考文献157篇。

关键词： BFRP筋强度退化 TRC 海水海砂混凝土粘结性能

轴压荷载作用下BFRP约束海水海砂混凝土的长期力学性能研究

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轴压荷载作用下BFRP约束海水海砂混凝土的长期力学性能研究

作者：苏丽珠广东工业大学

学位级别：硕士

随着国家海洋强国战略的实施,我国需要开展大批的海洋工程建设,混凝土用量增加,过度开采混凝土原材料所引发的生态环境等问题日渐突出。若能利用纤维增强复合材料(FRP,Fiber Reinforced Polymer)筋海水海砂混凝土(SSC,Seawater Sea-sand... 详细信息

随着国家海洋强国战略的实施,我国需要开展大批的海洋工程建设,混凝土用量增加,过度开采混凝土原材料所引发的生态环境等问题日渐突出。若能利用纤维增强复合材料(FRP,Fiber Reinforced Polymer)筋海水海砂混凝土(SSC,Seawater Sea-sand Concrete)替代传统的钢筋混凝土应用于海洋工程建设,便于就地取材、节约成本,还可减少过度开采砂石资源带来的环境问题。FRP具有优异的耐氯离子腐蚀特性,混凝土内的强碱性是导致其长期性能退化的关键影响因素。本项目拟研究高性能绿色玄武岩纤维复合材料(BFRP,Basalt FRP)约束海水海砂混凝土的耐久性。采用实验研究和理论分析的方法,考虑服役荷载以及海水腐蚀环境,探究BFRP约束SSC的抗压强度、弹性模量以及应力应变等力学行为,并建立其极限状态的承载力计算模型,此外在BFRP约束SSC的基础上,最外层用CFRP约束,研究C/BFRP混合约束SSC的力学行为。主要研究内容及成果如下:(1)研究了玄武岩岩石和玄武岩纤维的碱活性。研究结果表明:玄武岩岩石的水泥浆试件第14天试样的平均伸长率约为0.4%,试件表面形成蛛网状的典型碱硅酸反应(ASR,Alkali Silica Reaction)裂纹;玄武岩纤维的水泥浆试件第14天试样的平均伸长率约为0.093%,因纤维的拉结作用,伸长率测试结果偏保守,纤维表面布满碱硅酸凝胶,综合判断其具有潜在碱活性。(2)研究了BFRP约束SSC的轴压性能,探讨其在荷载与海水腐蚀下的力学性能退化规律。研究结果表明:BFRP约束能显著提高SSC的抗压强度,提高范围为35%～84%,随着腐蚀时间增长,试件的抗压强度呈现下降趋势。当持荷和海水腐蚀共同作用时,持荷可减缓其抗压强度退化,因SSC内部的微裂缝、微孔隙多,密实程度低,持载使其内部孔隙结构因受到长期轴向压缩而更致密,减少了腐蚀离子的渗入,从而提高抗压强度。(3)研究了海水腐蚀作用下C/BFRP约束SSC的力学性能。研究结果表明:C/BFRP约束比单BFRP约束提高了21.7%～32.3%的承载能力;随着海水腐蚀时间的增长,其抗压强度呈现下降的趋势,但性能下降速率较慢,一年后仍能保持80%以上的强度保留率;C/BFRP约束SSC的环向应变应力曲线出现明显的平台阶段,因延伸率较低的外CFRP约束层最先破坏,而原先由碳纤维承受的荷载转至由玄武岩纤维承受,力传递的过程形成了应力应变曲线的平台。(4)研究了BFRP约束SSC极限状态的理论计算模型,讨论了Lam and Teng模型和Ozbakkaloglu模型的适用性,并基于实验数据对模型进行修正。研究结果表明:BFRP约束SSC的极限轴向应力预测效果较好;关于极限轴向应变的预测,Lam and Teng模型预测结果稍偏保守,而Ozbakkaloglu模型的预测效果较好;考虑模型的简洁易用性,基于Lam and Teng模型修正极限应变计算公式,修正后的应变增强系数k对应于BFRP约束SSC和C/BFRP约束SSC分别是9.73和10.55。

关键词： BFRP C/BFRP 海水海砂混凝土海水腐蚀耐久性

GFRP-不锈钢混合配筋海水海砂混凝土梁受弯性能研究

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GFRP-不锈钢混合配筋海水海砂混凝土梁受弯性能研究

作者：孙鹤溦大连理工大学

学位级别：硕士

近年来,我国先后提出了“海洋强国”战略和“海上丝绸之路”战略,为加强我国海洋资源开发及国防建设,在海滨城市以及沿海岛礁的建设中,通常采用内陆运输的淡水和建设用砂,这样的做法一来并不经济,二来过度消耗淡水和河砂资源会产生一系... 详细信息

近年来,我国先后提出了“海洋强国”战略和“海上丝绸之路”战略,为加强我国海洋资源开发及国防建设,在海滨城市以及沿海岛礁的建设中,通常采用内陆运输的淡水和建设用砂,这样的做法一来并不经济,二来过度消耗淡水和河砂资源会产生一系列资源及环境问题,如果就地取材,采用海砂与海水作为混凝土原材料进行岛礁和沿海建设,既能降低成本,又能加快我国海洋强国建设的速度。FRP筋重量轻、强度高、耐腐蚀性能好,将其用在海水海砂混凝土构件或结构中具有广阔的发展前景,可以较好的解决钢筋在海水海砂混凝土结构中发生锈蚀的问题,从而提高结构的耐久性。但FRP筋弹性模量较小,正常使用状态下,FRP筋混凝土梁会产生较大的裂缝宽度与挠度。此外,FRP筋的脆性特征也会显著降低构件的延性。因此学者们提出了混合配筋的概念来提高构件的延性。不锈钢筋除了具有优异的耐腐蚀性能外,其延性性能优于GFRP筋,但价格高昂。基于此,本文采用海水海砂混凝土,利用GFRP筋与不锈钢筋混合配筋这一形式,设计制作了GFRP-不锈钢混合配筋海水海砂混凝土梁,主要工作内容如下:1.对9根混合配筋海水海砂混凝土梁进行四点弯加载,观测记录试验梁的开裂弯矩、极限弯矩、破坏模式、裂缝宽度、平均裂缝间距和跨中挠度,分析配筋率和混凝土强度对梁性能的影响;2.结合国内外相关规范与试验结果,对混合配筋海水海砂混凝土梁破坏模式以及开裂荷载、极限承载力等正截面受弯性能进行分析。此外,还分析了梁在短期荷载作用下的平均裂缝间距、最大裂缝宽度以及跨中挠度等的变化特性。以上分析可以为GFRP-不锈钢混合配筋混凝土梁的设计和制订有关技术规范提供一定的参考;3.基于混合配筋海水海砂混凝土梁的受弯性能试验,采用能量延性系数和变形系数分析了试验梁的延性。试验结果表明,能量延性系数能较好地体现本文混合配筋海水海砂混凝土梁的延性变化规律:其延性随着混凝土强度的提高而增大,随着配筋率的增加而减小。

关键词：海水海砂混凝土 FRP筋混合配筋承载力延性

真实海水环境下海水海砂混凝土内的FRP筋耐久性

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真实海水环境下海水海砂混凝土内的FRP筋耐久性

作者：修林鹏大连理工大学

学位级别：硕士

在进行海洋工程建设时,使用抗氯离子侵蚀能力优秀的纤维增强复合材料筋(FRP筋)与海水海砂混凝土(SWSSC)的组合代替钢筋和普通混凝土,不仅可以避免钢筋锈蚀引发的一系列问题,提高结构的耐久性;还可以实现就地取材,降低材料运输成本;有着... 详细信息

在进行海洋工程建设时,使用抗氯离子侵蚀能力优秀的纤维增强复合材料筋(FRP筋)与海水海砂混凝土(SWSSC)的组合代替钢筋和普通混凝土,不仅可以避免钢筋锈蚀引发的一系列问题,提高结构的耐久性;还可以实现就地取材,降低材料运输成本;有着巨大的成本优势和应有价值。但是,目前仍缺少真实海水环境下SWSSC内的FRP筋耐久性的研究,SWSSC内的FRP筋在真实海水环境下的长期退化规律仍不明确。因此,本文在海南省海口市真实海水环境下对SWSSC内的BFRP筋和GFRP筋的长期力学性能退化规律进行了研究,并基于真实海水环境下的退化数据对热带海洋环境下SWSSC内FRP筋长期强度进行了预测。主要有下列研究内容和结论:(1)研究了真实海水环境下SWSSC内的BFRP筋和GFRP筋的拉伸性能退化规律;并通过扫描电子显微镜(SEM)分析两种FRP筋拉伸性能退化机理。结果表明,BFRP筋和GFRP筋拉伸强度均呈前期退化快后期退化慢的退化规律,GFRP筋退化慢于BFRP筋,BFRP筋和GFRP筋的弹性模量发生小幅退化;SWSSC内盐碱环境加速了BFRP筋的退化,对GFRP筋的退化无明显加速作用,BFRP筋和GFRP筋拉伸性能退化主要是树脂水解和纤维-树脂界面脱粘所致。(2)研究了SWSSC内BFRP筋和GFRP筋的层间剪切强度退化规律;通过SEM分析两种FRP筋纤维-树脂粘结性能的退化机理。结果表明,SWSSC内的GFRP筋纤维-树脂粘结耐久性好于BFRP筋,仍需不断提高BFRP筋生产工艺以提高其纤维-树脂粘结耐久性;纤维间树脂的水解是引起其纤维-树脂粘结性能退化的主要原因。(3)基于Charpy摆锤冲击试验,对真实海水环境下SWSSC内BFRP筋和GFRP筋横向抗冲击性能退化进行了研究。结果表明,在摆锤横向冲击下,BFRP筋和GFRP筋主要靠纤维的断裂以及纤维-树脂界面的开裂来吸收和耗散摆锤冲击能量,SWSSC内BFRP筋和GFRP筋横向抗冲击性能的退化主要与纤维-树脂粘结性能的退化有关。(4)基于真实环境下的退化数据,对热带海洋环境不同湿度条件下SWSSC内BFRP筋和GFRP筋的长期拉伸强度和层间剪切强度进行预测。预测结果显示:热带海洋气候环境下,在海洋潮湿环境、一般室外环境和室内环境三种湿度条件,SWSSC内的BFRP筋50年后拉伸强度保留率预测值分别为49.69%、68.56%和81.13%,层间剪切强度保留率分别为28.38%、55.25%和73.13%;GFRP筋50年后的拉伸强度保留率预测值分别为71.56%、82.23%和89.33%,层间剪切强度保留率分别为96.67%、97.92%和98.75%。(预测结果仅代表本文所用材料和所处真实海水环境)

关键词：真实海水环境 FRP筋海水海砂混凝土耐久性

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

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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：赖振宇大连理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： 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