检索结果-南通市图书馆

作者：陈泽贤广州大学

学位级别：硕士

随着全球人口的增长,对基础设施的需求不可避免地上升,导致建筑业对混凝土和钢材这两种主要建筑材料的需求增加,河砂和淡水资源的过度消耗也引起了严重的环境问题。我国海洋资源丰富,如果能就地取材利用海水海砂资源,就可以有效缓解河... 详细信息

随着全球人口的增长,对基础设施的需求不可避免地上升,导致建筑业对混凝土和钢材这两种主要建筑材料的需求增加,河砂和淡水资源的过度消耗也引起了严重的环境问题。我国海洋资源丰富,如果能就地取材利用海水海砂资源,就可以有效缓解河砂和淡水资源的短缺问题,然而,海水海砂混凝土中的氯离子加速了混凝土结构中钢筋的腐蚀,降低了钢筋混凝土结构耐久性。为了解决海水海砂混凝土中钢筋的锈蚀问题,纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,FRP）筋以其优异耐氯离子侵蚀性能,同时具有优良的力学性能而成为钢筋的替代品之一。近年来,国内外学者对FRP筋海水海砂混凝土构件展开了广泛的研究,其中对其耐久性的研究主要集中在人工模拟自然环境加速老化,通常是将构件放置于特定老化条件（盐溶液,碱溶液,冻融和干湿循环）,研究单一环境因素对构件耐久性的影响。而构件服役的实际现场环境复杂多变,构件耐久性受多种自然环境因素（紫外线辐射、阳光、雨水、温度）耦合影响。鉴于此,本文研究了玻璃纤维增强复合材料（Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP）筋海水海砂混凝土梁和GFRP筋普通混凝土梁暴露于现场自然环境和试验箱模拟自然环境加速老化后构件的耐久性能,现场自然环境包括亚热带季风气候下的室内环境和室外环境,暴露时长为一年。为了更加真实的模拟构件服役状态,对构件施加了不同水平的持载。具体的研究内容包括:1、设计制作了6根GFRP筋普通混凝土梁和6根GFRP筋海水海砂混凝土梁,分别施加持续荷载（无持载/一倍开裂荷载/两倍开裂荷载）,放置于不同环境（室内环境/室外环境/试验箱环境）一年,对比分析不同持载情况、不同放置环境下,梁的表面形态和裂缝宽度的变化情况。2、对放置一年的GFRP筋普通混凝土梁和GFRP筋海水海砂混凝土梁进行四点弯曲试验,对比分析不同环境、不同持载条件及混凝土类型对GFRP筋混凝土梁的破坏模式、荷载-挠度曲线特征点、裂缝宽度、抗弯刚度和延性等弯曲性能的影响。3、基于《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》（GB50608-2020）,考虑本试验不同环境对GFRP筋的影响,将GFRP筋的极限抗拉强度进行折减,计算环境作用下GFRP筋混凝土梁正截面受弯承载力,与试验结果对比分析。4、采用现行的各国规范计算公式,对GFRP筋海水海砂混凝土梁的挠度、最大裂缝宽度和平均裂缝间距进行计算,并与试验数据进行对比分析,得到适用于不同环境下GFRP筋混凝土梁的抗弯性能计算公式。

关键词： GFRP筋海水海砂混凝土耐久性抗弯性能

双金属复合钢筋与聚甲醛纤维海水海砂混凝土粘结性能研究

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双金属复合钢筋与聚甲醛纤维海水海砂混凝土粘结性能研究

作者：杨整涛重庆大学

学位级别：硕士

为积极响应国家的海洋强国战略,积极开发海洋资源,解决资源短缺问题,海水海砂混凝土、耐海洋环境建筑材料的性能研究显得尤其重要。海水海砂混凝土中加入纤维能有效提高力学性能,由于该混凝土的强碱性环境,导致目前大多数纤维无法在这... 详细信息

为积极响应国家的海洋强国战略,积极开发海洋资源,解决资源短缺问题,海水海砂混凝土、耐海洋环境建筑材料的性能研究显得尤其重要。海水海砂混凝土中加入纤维能有效提高力学性能,由于该混凝土的强碱性环境,导致目前大多数纤维无法在这种混凝土中长期存在,聚甲醛纤维具有优良的耐酸耐碱性能,能够适应该混凝土强碱性环境。不锈钢-碳钢复合钢筋具有优良的耐久性、力学性能,但仍需对该种复合钢筋与海水海砂混凝土间的粘结性能进行试验研究,正确评估复合钢筋与海水海砂混凝土的粘结性能,探究加入聚甲醛纤维的优势,对复合钢筋海水海砂混凝土结构的应用推广具有重要意义。本文对复合钢筋和海水海砂混凝土粘结性能进行了试验和理论研究,主要研究内容如下:(1)对复合钢筋进行了单调拉伸试验、断口扫描试验、金相试验,并与其他各类钢筋进行了综合对比分析发现:不锈钢覆层与内部芯筋有良好的协同工作能力,性能接近于HRB400钢筋,具有良好的力学性能和延性,更加适合用于海水海砂混凝土结构。(2)对3种保护层厚度、6种体积分数聚甲醛掺量的54个混凝土试件进行拔出试验,结果表明加入体积分数0.6%聚甲醛纤维时,峰值粘结应力τ增大了26.12%,纤维掺量对τ影响明显,并且相对保护层厚度c/d对滑移s和曲线上升段形状参数α影响较大;将28天的试件粘结性能与众多学者的研究进行对比可知,复合钢筋与海水海砂混凝土结构更具有工程适用性。(3)对5种龄期、3种保护层厚度、2种聚甲醛纤维掺量的90个混凝土试件进行了拔出试验,结果表明,加入聚甲醛纤维会改变早龄期试件破坏模式和增强早龄期粘结性能;龄期越大,τ越大,s越小,α越小,下降段形状参数k越大。(4)在现有粘结滑移曲线计算模型的基础上,针对于粘结滑移的4个特征值:τ、s、α、k,考虑聚甲醛纤维掺量、c/d等,提出了28天的复合钢筋与聚甲醛海水海砂混凝土粘结滑移曲线模型;考虑混凝土龄期,提出了早龄期复合钢筋海水海砂混凝土粘结滑移模型,并与试验结果进行比较,结果表明两种模型与试验结果均具有较好的一致性。

关键词：复合钢筋海水海砂混凝土粘结性能破坏模式粘结滑移模型

冻融环境下玄武岩纤维筋海水海砂混凝土粘结性能研究

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冻融环境下玄武岩纤维筋海水海砂混凝土粘结性能研究

作者：钟锐铿广东工业大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土作为最普遍建筑结构,钢筋锈蚀带了严重的经济损伤、使用安全等问题。将纤维增强复合材料筋应用与建筑结构中,不仅能够有效的解决钢筋锈蚀问题,而且还能配合海水海砂混凝土进行应用。FRP筋混凝土是否有良好的粘结性能是工程应... 详细信息

钢筋混凝土作为最普遍建筑结构,钢筋锈蚀带了严重的经济损伤、使用安全等问题。将纤维增强复合材料筋应用与建筑结构中,不仅能够有效的解决钢筋锈蚀问题,而且还能配合海水海砂混凝土进行应用。FRP筋混凝土是否有良好的粘结性能是工程应用的关键。目前,有充足的研究表明FRP筋与混凝土有良好的粘结性能。然而,在实际工程应用中FRP筋混凝土不仅需要有良好的粘结性能,粘结耐久性能也是至关重要的。冻融破坏作为建筑结构破坏的第二大原因,仅仅排在钢筋锈蚀破坏之后。因此,有必要开展关于在冻融环境下FRP筋混凝土粘结耐久性的研究。本试验参照中国、美国等规范,制备抗压试件、动弹性模量试件以及拉拔试件共59个,其中未冻融试件23个,冻融试件37个。根据规范《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》,选择快冻法进行抗冻试验。冻融循环温度控制在-18℃到5℃之间,温度误差在2℃以内。通过物理力学性能试验、动弹性模量试验以及拉拔试验,探究冻融环境下海水海砂混凝土基本力学性能、BFRP筋混凝土界面粘结耐久性能的退化规律,以及在冻融环境下保护层厚度对界面粘结性能的影响。通过以上试验,得出以下主要结论:（1）随着冻融次数增加,混凝土的抗压强度、弹性模量以及动弹性模量均会呈一定规律下降;（2）随着冻融次数增加,界面粘结强度、粘结刚度降低,滑移量上升,粘结行为不稳定性增加;（4）在保护层较低的情况下,随着保护层厚度增加,粘结刚度增加。最后,本文通过粘结界面损伤、SEM扫描电子显微镜分析,研究冻融作用对粘结界面、混凝土内部结构的影响。考虑冻融循环次数和混凝土保护层厚度的影响,提出粘结强度、粘结刚度的计算公式,对mBPE模型和CMR模型进行修正。以二次多项式、Weibull模型为基础,建立以抗压强度、动弹性模量、粘结强度为损伤因子的寿命预测模型。通过寿命预测模型对比发现,在冻融环境下界面粘结性能寿命明显低于混凝土寿命。因此,本文建议将界面粘结性能作为在冻融环境下判断建筑结构失效的标准之一。

关键词：冻融环境粘结性能寿命预测 BFRP筋海水海砂混凝土

内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱轴压性能研究

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内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱轴压性能研究

作者：潘文轩南京林业大学

学位级别：硕士

现今河水、河砂资源需求量日益增加,使用海水海砂能够缓解河水河砂短缺的现状。钢管混凝土结构由于结合了混凝土和钢材的特点,具有优越的力学性能,在土木领域应用广泛。不锈钢具有耐腐蚀和延性好的特点,能有效避免海水海砂中氯离子侵蚀;... 详细信息

现今河水、河砂资源需求量日益增加,使用海水海砂能够缓解河水河砂短缺的现状。钢管混凝土结构由于结合了混凝土和钢材的特点,具有优越的力学性能,在土木领域应用广泛。不锈钢具有耐腐蚀和延性好的特点,能有效避免海水海砂中氯离子侵蚀;FRP也不会受到海水海砂的腐蚀,且对混凝土进行有效约束从而提高承载力。考虑到不锈钢和FRP的特性,为了将海水海砂混凝土应用于工程实际,本文提出了一种内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱,由外部不锈钢管、内部FRP管和海水海砂混凝土三种材料组合而成。本文设计并制作了36个内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱试件和4个不锈钢管约束海水海砂混凝土柱对比试件,试件的高度和外径为477mm和159mm,试验的变化参数为不锈钢管厚度(4.5mm和6.0mm)、FRP芯管管径(75mm、90mm和110mm)以及FRP芯管层数(2层、3层和4层)。本文对内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱进行单调轴压试验,得到了各个试件的极限承载力、极限应变、极限应力等。并根据结果绘制了荷载-位移曲线以及应力-应变曲线。针对不锈钢管厚度、FRP层数以及FRP管直径等因素进行分析,试验结果表明,内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱的关系曲线分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和残余阶段四个阶段。在弹性阶段时曲线呈线性增长且斜率较大,相同应力值下横向应变小于纵向应变;在屈服阶段,曲线斜率减小,荷载增长速度降低,应变增加速度变快;在强化阶段,曲线继续线性增长且斜率较低,直到FRP芯管破坏,荷载达到极限,曲线骤降,进入残余阶段,此时由于不锈钢管拥有较好的延性,塑性变形能力优良,试件应力基本保持稳定。当不锈钢管厚度增加时,内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱的承载力和延性更高;当FRP层数增加时,内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱的承载力和延性更高;当FRP管直径增加时,内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱的承载力和延性更高。最后收集了其他学者的理论模型,对本文试验数据准确性进行了评估分析,考虑了不锈钢管、FRP芯管对海水海砂混凝土的侧向约束情况,提出了符合本文的内置FRP管的不锈钢管海水海砂混凝土组合柱理论承载力计算模型。将模型计算值与试验值进行对比,结果表现数据的吻合性很好,为后续更深入的研究提供了理论支撑,也为实际工程中的应用奠定了基础。

关键词： FRP 不锈钢管海水海砂混凝土单调轴压承载力模型

海水浸泡BFRP筋海水海砂混凝土梁的抗剪性能研究

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海水浸泡BFRP筋海水海砂混凝土梁的抗剪性能研究

作者：周锐湖南大学

学位级别：硕士

在海岛建设中用海水海砂混凝土(Seawater Sea-sand Concrete,SSC)代替普通混凝土,能够节约大量人力和资源,降低建设成本。由于海洋环境中的氯离子会加速钢筋腐蚀,从而限制了钢筋在海洋工程中的应用。玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fibe... 详细信息

在海岛建设中用海水海砂混凝土(Seawater Sea-sand Concrete,SSC)代替普通混凝土,能够节约大量人力和资源,降低建设成本。由于海洋环境中的氯离子会加速钢筋腐蚀,从而限制了钢筋在海洋工程中的应用。玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)筋具有强度高、耐氯离子性能好的优点,可以作为钢筋的替代品受到广泛关注。BFRP筋虽然不会锈蚀,但在海水海砂混凝土中是否会发生劣化依然是其成为结构材料的重要性能,深入研究其结构耐久性,对于该材料在海洋工程中的应用具有重要意义。为了充分了解海洋环境下BFRP-SSC梁的长期抗剪性能,本文进行了界面与构件两个层次的室内加速老化试验。重点分析了试验变量对粘结强度、短期抗剪承载力以及长期抗剪承载力的影响,并结合相关模型提出了海洋环境下BFRPSSC梁的长期抗剪承载力预测公式。主要研究结论如下:(1)经过海水浸泡之后,所有拉拔试件的失效模式都转变为筋材的层间剪切破坏,BFRP-SSC的长期粘结性能取决于筋材的层间剪切能力。相较于浅肋、喷砂BFRP筋,深肋BFRP筋在短期粘结强度更高,但是长期粘结强度更差。BFRP筋表面经过喷砂处理对提高短期粘结强度影响不大,但是能够明显提高粘结耐久性。基于Arrhenius理论,结合时移因子与相对湿度修正系数预测了深肋BFRP筋的粘结强度保留率。一年后干燥环境下的深肋BFRP筋的粘结强度保留率均保持在80%以上,但是在水分饱和环境下的深肋BFRP筋粘结强度保留率均低于20%。(2)对于未浸泡的BFRP-SSC梁,箍筋间距越小,梁的极限抗剪承载力越大;剪跨比越小,梁的开裂荷载和极限荷载越大。剪跨比对BFRP-SSC梁的抗剪性能的影响远大于箍筋间距的影响。六种设计规范的抗剪承载力计算公式都低估了BFRP-SSC梁的抗剪承载力,修正后的GB50608-2020公式对抗剪承载力的预测精度有明显提高。选取文献中具有类似条件的受剪梁验证公式发现,修正后的公式比规范公式的精度明显更高。(3)与浸泡前的BFRP-SSC梁相比,浸泡后的普通BFRP-SSC梁裂缝分布更稀疏、条数减少。但是低碱BFRP-SSC梁的裂缝形态几乎没有变化。此外,保护层厚度越厚,海水浸泡BFRP-SSC梁的抗剪承载力越差。降低混凝土碱度,可以有效提高海洋环境下BFRP-SSC梁的长期抗剪性能。与对照组相比,浸泡后的BFRP-SSC梁开抗剪承载力下降,并且箍筋有明显退化,纤维-树脂界面分离。低碱BFRP-SSC梁箍筋形貌保持完好,没有明显的退化特征。建立了BFRP-SSC梁的抗剪承载力与BFRP筋粘结强度退化的函数关系式。试验值与该关系式预测的抗剪承载力之比在0.93-1.02之间,误差在10%以内。

关键词：海洋环境海水海砂混凝土玄武岩纤维复材筋粘接强度抗剪承载力耐久性

碱度和裂缝对海水海砂混凝土中BFRP筋拉伸性能影响的研究

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碱度和裂缝对海水海砂混凝土中BFRP筋拉伸性能影响的研究

作者：初开丹湖南大学

学位级别：硕士

玄武岩纤维增强复合筋(BFRP筋)具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,在土木工程材料及海洋混凝土建筑结构领域得到了广泛关注和应用。目前,随着海水海砂混凝土和低碱混凝土的出现,BFRP筋所处的实际服役环境在不断改变,然而现有规范的模拟孔溶... 详细信息

玄武岩纤维增强复合筋(BFRP筋)具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,在土木工程材料及海洋混凝土建筑结构领域得到了广泛关注和应用。目前,随着海水海砂混凝土和低碱混凝土的出现,BFRP筋所处的实际服役环境在不断改变,然而现有规范的模拟孔溶液配方无法模拟海水海砂混凝土和低碱混凝土的实际环境。此外,BFRP筋增强混凝土在实际服役时不可避免会在混凝土表面产生裂缝。因此,本文采用孔溶液压取法,提取真实孔溶液,对三种孔溶液环境中两种BFRP筋的破坏形貌和拉伸力学性能退化情况进行了比较分析;采用预制裂缝法,制备带裂缝混凝土,对海水侵蚀环境下带裂缝普通和低碱海水海砂混凝土包裹BFRP筋的破坏形貌和拉伸力学性能退化情况进行了比较分析;并借助微观测试方法,探究了不同环境下BFRP筋的腐蚀程度和劣化机理以及海水海砂混凝土微结构变化对预埋BFRP筋耐久性的影响,主要研究内容及成果如下:(1)通过加速老化试验,对基于普通海水净浆孔溶液(NA)、低碱度海水净浆孔溶液(LA)和ACI 440.3R规范建议模拟孔溶液(ACI)浸泡环境中环氧树脂基复材筋(B/E筋)和乙烯基酯树脂基复材筋(B/V筋)的破坏形貌和拉伸力学性能退化情况进行了比较分析。试验结果表明,相较于降低氯离子浓度,采用降低孔溶液碱度的方法可以更有效地缓解BFRP筋长期力学性能的劣化;同时温度升高对B/V筋力学性能退化的影响比B/E筋更显著;BFRP筋在腐蚀过程中抗拉强度的劣化程度高于刚度损伤,其中B/E筋在三种环境中腐蚀前后的弹性模量差别不大,均在5.1%以内。(2)通过加速老化试验,对无裂缝和带裂缝普通海水海砂混凝土及无裂缝和带裂缝低碱海水海砂混凝土包裹环境中环氧树脂基BFRP筋的破坏形貌和拉伸力学性能退化情况进行了比较分析。试验结果表明,通过降低混凝土内部孔溶液碱度来改善BFRP筋的服役环境,可以大大延缓BFRP筋拉伸强度的退化,提高BFRP筋的耐久性;混凝土裂缝的存在(0.1mm、0.2mm和0.3mm)对普通海水海砂混凝土包裹BFRP筋的腐蚀有一定的缓解作用,但对缓解低碱海水海砂混凝土包裹BFRP筋的腐蚀效果不显著;混凝土裂缝宽度的变化对普通和低碱海水海砂混凝土包裹BFRP筋均无显著影响。(3)采用扫描电子显微镜、红外光谱仪对基于海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境中B/E筋和B/V筋的腐蚀程度和劣化机理进行了分析研究;采用扫描电子显微镜、红外光谱仪、同步热分析仪和高精度三维X射线成像仪对海水侵蚀下海水海砂混凝土包裹环境中环氧树脂基BFRP筋的腐蚀程度和劣化机理进行了分析研究;采用低场核磁共振分析仪探究了加速老化后普通和低碱海水海砂混凝土微结构变化对预埋BFRP筋耐久性的影响。研究结果表明,乙烯基酯树脂的抗腐蚀能力优于环氧树脂,但由于其与玄武岩纤维界面性能较弱,导致B/V筋的耐久性弱于B/E筋。无裂缝和带裂缝(0.1mm、0.2mm和0.3mm)普通海水海砂混凝土包裹BFRP筋的劣化主要是由于环氧树脂基体的水解引发,且无裂缝比带裂缝普通海水海砂混凝土包裹BFRP筋水解程度更严重,而无裂缝和带裂缝低碱海水海砂混凝土包裹BFRP筋水解程度均较小;混凝土裂缝宽度的变化对筋材环氧树脂基体的水解程度无显著影响;低碱海水海砂混凝土的孔隙率低于普通海水海砂混凝土,前者在降低了混凝土内部孔溶液碱度的同时,也增加了混凝土的致密性,低碱海水海砂混凝土的低碱度和低渗透性有利于延长BFRP筋的服役寿命。

关键词： BFRP筋海水海砂混凝土孔溶液裂缝拉伸力学性能劣化机理

超弹性SMA筋增强海水海砂混凝土梁受弯性能研究

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超弹性SMA筋增强海水海砂混凝土梁受弯性能研究

作者：陈程郑州大学

学位级别：硕士

随着国家对海洋资源开发建设越来越重视,以及混凝土需求量逐年增多而引起的生态环境恶化问题日益严重,将海水海砂混凝土代替普通混凝土运用于实际工程结构中具有广阔的前景。但海水和海砂中的氯离子会加速结构内部钢筋的腐蚀,这限制了... 详细信息

随着国家对海洋资源开发建设越来越重视,以及混凝土需求量逐年增多而引起的生态环境恶化问题日益严重,将海水海砂混凝土代替普通混凝土运用于实际工程结构中具有广阔的前景。但海水和海砂中的氯离子会加速结构内部钢筋的腐蚀,这限制了海水海砂混凝土的使用。近年来,智能材料如形状记忆合金(Shape Memory Alloys,简称SMA)的快速发展为海水海砂混凝土结构的设计提供了新的思路。基于此,本文采用SMA筋代替钢筋作为受力筋,采用海水海砂混凝土代替普通混凝土,形成SMA增强海水海砂混凝土梁,并进行了材料力学性能试验研究、SMA增强海水海砂混凝土梁受弯性能试验研究、数值模拟和理论分析。主要研究内容和结论如下:(1)通过单轴拉伸试验,分析了应变幅值和循环次数对热处理后SMA的力学性能影响。结果表明,应变幅值的增加会显著影响材料的各项力学性能指标,循环次数的增加有利于稳定SMA的力学性能。制备了 C35、C50两种强度等级的海水海砂混凝土,并通过抗压强度试验证明了试块的抗压强度标准值均符合标准强度要求。(2)设计并制作了三根SMA海水海砂混凝土梁和一根防腐钢筋海水海砂混凝土梁,通过循环加载试验对四个试件开展了受弯性能研究,分析了各个试件的破坏过程、位移延性、刚度退化和自复位能力。试验结果表明,SMA海水海砂混凝土梁的裂缝恢复率和极限位移明显大于钢筋增强梁,展现出优越的自复位能力和延性;SMA配筋率和海水海砂混凝土强度的提升可以显著提高梁的承载能力;采用直径较小的SMA筋梁自复位效果更好。(3)建立了 SMA增强海水海砂混凝土梁的有限元分析模型,研究了 SMA配筋率、海水海砂混凝土强度等级等参数对梁受弯性能的影响,并与试验数据进行了对比分析。结果显示,模拟得到的承载力数值与试验结果相差较小,曲线总体趋势一致,表明模型建立的正确性;SMA配筋率的增大可以显著提高试件的自复位能力;海水海砂混凝土强度等级的提升可以改善试件的承载能力。(4)进行了 SMA海水海砂混凝土梁受弯性能理论分析,基于SMA和海水海砂混凝土的本构模型,提出了 SMA海水海砂混凝土梁正截面受弯开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载的计算方法,并与试验值进行了对比。结果表明,理论计算得到的结果值可以与试验值较好的吻合,验证了计算公式的正确性。

关键词：海水海砂混凝土形状记忆合金受弯性能超弹性自复位

超弹性SMA筋增强海水海砂混凝土梁受剪性能研究

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超弹性SMA筋增强海水海砂混凝土梁受剪性能研究

作者：邱培凡郑州大学

学位级别：硕士

当前社会发展迅速,基础建设会使用大量的混凝土,必然会消耗大量的淡水和河砂资源,从而导致生态环境被破坏。为缓解对环境的破坏和资源的消耗,使用海水海砂来配制混凝土成为新型建筑材料与结构领域的研究热点之一。但海水海砂中的氯离子... 详细信息

当前社会发展迅速,基础建设会使用大量的混凝土,必然会消耗大量的淡水和河砂资源,从而导致生态环境被破坏。为缓解对环境的破坏和资源的消耗,使用海水海砂来配制混凝土成为新型建筑材料与结构领域的研究热点之一。但海水海砂中的氯离子含量较高,会对钢筋带来腐蚀问题,严重影响工程结构的使用寿命。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)属于一种新兴材料,具有超弹性和形状记忆效应以及良好的耐腐蚀性能,用于海水海砂混凝土结构中不仅可以避免腐蚀性问题,同时实现构件或结构的自修复自复位功能。基于此,本文对采用SMA箍筋的海水海砂混凝土梁的受剪性能进行了试验和理论研究,主要包括:(1)对海水海砂混凝土试件进行单轴抗压试验,对SMA棒材进行拉伸试验,分析应变幅值和循环次数对SMA棒材力学性能的影响,为后续的试验研究奠定基础。本试验采用四分点加载,以位移控制进行单向循环加载,研究不同箍筋种类、不同纵筋种类、剪跨比和箍筋间距对SMA海水海砂混凝土梁受剪性能的影响。(2)对5根海水海砂混凝土梁的试验数据进行对比分析,通过对试验过程中裂缝宽度、采集板记录的位移等试验信息,绘制了荷载-位移曲线、骨架曲线、自复位能力曲线、刚度退化曲线等,在试验过程中还使用了 DIC设备,来进行辅助观测,研究SMA海水海砂混凝土梁的受剪性能。(3)通过ABAQUS软件建立了 SMA海水海砂混凝土梁有限元模型,进行了数值模拟分析。通过数值模拟结果得出应力-应变云图、荷载-位移曲线,最大承载力等结果,并与试验结果进行对比,表明数值模拟结果可以和试验结果吻合较好,验证了模型的正确性。(4)基于目前已有的混凝土受弯构件受剪模型和各个国家的设计规范,分别以桁架-拱模型和极限平衡理论模型为基础,推导了超弹性SMA筋海水海砂混凝土梁的极限受剪承载力计算公式,并和试验值进行对比,验证了所提公式的适用性。试验结果发现,使用SMA箍筋替代普通钢箍筋,试件受剪承载力提高19.4%,延性提高65.8%,裂缝宽度相对较宽,但卸载后裂缝基本闭合,具有一定的修复效果;纵筋使用SMA材料,延性进一步增加11.4%,在承载力下降阶段,承载力下降速率缓慢;增大试件的剪跨比,SMA箍筋依然可以增加试件的延性,提高20%。因此,SMA可以增强海水海砂混凝土梁的受剪性能,增加了延性,减轻了梁受剪脆性破坏的倾向。

关键词：海水海砂混凝土形状记忆合金延性受剪性能

侧向约束下不锈钢钢筋-海水海砂混凝土粘结性能试验研究

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侧向约束下不锈钢钢筋-海水海砂混凝土粘结性能试验研究

作者：陈港文大连理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国海洋和近海工程的大力开展、海洋资源的不断推进开发,以及各类材料和能源资源的日益短缺,海水海砂混凝土的研究越来越成为当下研究的热点问题,因其可以极大程度上减少运输与生产成本,提高资源的利用效率。然而,海水海砂... 详细信息

近年来,随着我国海洋和近海工程的大力开展、海洋资源的不断推进开发,以及各类材料和能源资源的日益短缺,海水海砂混凝土的研究越来越成为当下研究的热点问题,因其可以极大程度上减少运输与生产成本,提高资源的利用效率。然而,海水海砂作为混凝土制备的组分时,普通钢筋不可避免会发生严重的锈蚀问题,因此可以使用耐蚀性更好的不锈钢钢筋作为替代。然而目前国内外有关不锈钢钢筋与海水海砂混凝土之间的界面粘结研究不足,是否能够很好的保证正常结构的工作性能尚不明确。此外,采用CFRP或箍筋等侧向约束的方式,可以进一步改善已有钢筋混凝土构件的粘结性能,具有很显著的使用价值。在此背景下,本文设计制备了104个不锈钢钢筋-海水海砂混凝土试件,并设置了不同的约束方式和约束水平,通过中心拉拔的试验方式,来探究不锈钢钢筋与海水海砂混凝土间的界面粘结性能。主要研究内容和结论如下:(1)粘结滑移试验采取中心拉拔的方式,探究了外包CFRP和内嵌螺旋箍筋独立和组合约束下,改变混凝土种类和强度、钢筋种类和直径、混凝土相对保护层厚度、钢筋相对粘结长度、箍筋配箍率、CFRP布层数等控制因素,对界面粘结性能存在的影响。结果表明试件的破坏模式有劈裂破坏和拔出破坏两种类型,并且侧向约束水平越强,越趋向于拔出破坏。(2)根据拉拔试验结果,各控制因素对界面粘结强度的影响为:海水海砂混凝土比普通混凝土平均极限粘结强度要高,并表现出一定的脆性;混凝土强度越高,界面极限粘结强度也越高;不锈钢钢筋与普通钢筋相比,与混凝土具有相近共同工作的性能;钢筋直径越大,试件越可能发生混凝土保护层的劈裂破坏,约束下的界面极限粘结强度一般趋向于减小;钢筋相对粘结长度越大,界面极限粘结强度反而越低;混凝土相对保护层越厚,界面极限粘结强度越大;提高外包CFRP或内嵌螺旋箍筋侧向约束水平可以有效增加界面粘结强度,但存在提升的限度。(3)不锈钢钢筋与混凝土之间的粘结滑移曲线并无明显的残余阶段,随着加载过程中滑移值的增大,界面粘结强度依然在不断下降。据此本文提出的粘结滑移全曲线模型,经过验证与试验数据吻合较好,可以用来预测不同约束水平下界面粘结滑移关系。(4)根据弹性力学中厚壁圆筒模型内部应力应变的理论计算方法,分析了钢筋与混凝土之间的界面粘结机理,获取海水海砂混凝土与不锈钢钢筋界面粘结强度的解析解,最后结合试验验证,建立起外包CFRP布与内嵌箍筋两种不同约束对粘结强度贡献的相对等效关系。

关键词：不锈钢钢筋海水海砂混凝土粘结滑移曲线侧向约束

FRP筋与海水海砂混凝土界面粘结耐久性研究

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FRP筋与海水海砂混凝土界面粘结耐久性研究

作者：于志力大连理工大学

学位级别：硕士

随着沿海地区海岛的开发与建设,混凝土的高消耗给以河砂为主的自然资源造成了沉重的负担。此外,在恶劣服役环境下,混凝土结构内部钢筋极易锈蚀。纤维增强复合材料(FRP)筋具有优异的耐腐蚀性能,用其替代混凝土结构中的钢筋可有效解决结... 详细信息

随着沿海地区海岛的开发与建设,混凝土的高消耗给以河砂为主的自然资源造成了沉重的负担。此外,在恶劣服役环境下,混凝土结构内部钢筋极易锈蚀。纤维增强复合材料(FRP)筋具有优异的耐腐蚀性能,用其替代混凝土结构中的钢筋可有效解决结构耐久性不足的问题。而且,我国沿海地区海水、海砂储量丰富,使得其成为可持续且经济高效的建筑材料。FRP筋与海水海砂混凝土的界面粘结性能是两者协同工作的基础,其界面耐久性能会影响结构在设计服役年限下的安全性和耐久性。为此,本文从试验、理论分析和数值模拟三个方面对FRP筋与海水海砂混凝土的界面粘结耐久性能进行了研究,具体研究内容及成果如下:(1)在真实海水环境下,通过中心拉拔试验,对GFRP筋、BFRP筋和SFCB筋与海水海砂混凝土的粘结耐久性能进行了试验研究。结果表明,GFRP筋的粘结耐久性能最优,BFRP筋的粘结耐久性能优于SFCB筋,这是受海水长期浸泡和不同FRP筋制造工艺差异的影响。根据试验数据,对3种筋的长期粘结性能进行了预测。预测结果表明,随着时间的增加,3种FRP筋的极限粘结强度退化速度均减缓;当服役50年时,海洋环境、室外环境及室内环境下GFRP筋的极限粘结强度退化因子分别为0.12、0.08和0.05;BFRP筋的极限粘结强度退化因子分别为0.56、0.35和0.21;SFCB筋在服役10年时的极限粘结强度退化因子分别为0.67、0.42和0.26。(2)根据试验粘结-滑移曲线,结合已有FRP筋粘结-滑移本构模型,提出FRP筋与海水海砂混凝土粘结-滑移本构模型,该模型能够较好地用于描述3种带肋FRP筋的粘结滑移过程。基于本文的粘结-滑移本构模型,依据界面粘结平衡方程推导出正常使用阶段时FRP筋的基本锚固长度公式,然后,提出考虑修正系数的锚固长度公式,通过计算对比,表明本文提出的公式有一定的可靠性。最后,引入极限粘结强度退化因子,给出GFRP筋和BFRP筋在海洋环境、室外环境和室内环境下设计使用年限为50年和SFCB筋设计使用年限为10年的锚固长度计算公式。(3)通过ABAQUS有限元软件对15个拉拔试件进行数值模拟。结果表明,计算得出的粘结-滑移曲线和粘结应力峰值与试验结果吻合较好,而粘结应力峰值对应的滑移计算值比试验值略大。此外,混凝土的应力与应变分布可以清晰观察到不同阶段混凝土的受力状态;通过修改材料属性值,不同龄期下各试件峰值粘结应力处对应的混凝土粘结区应力分布的有限元计算结果与试验结果吻合程度较好,证明利用ABAQUS有限元软件能够比较准确地描述粘结滑移时真实的受力过程。

关键词： FRP筋海水海砂混凝土粘结耐久性粘结-滑移本构模型数值模拟