FRP约束混凝土受荷短柱的耐久性试验研究

摘要

滨海腐蚀环境下混凝土结构的耐久性问题已经日趋严峻，可靠耐久的约束加固技术成为国内外学者的研究热点。国内外学者们对纤维增强复合材料(简称FRP)加固混凝土柱进行了大量的研究工作，其耐久性方面的研究也取得了一定的成果；但对于FRP约束混凝土经腐蚀后的力学性能研究较少，特别是对FRP约束混凝土柱的应力－应变全过程曲线的研究更加不足。本文通过高温/潮湿交变循环和硫酸盐侵蚀来模拟滨海环境，通过对结构构件施加一定荷载来模拟应力腐蚀，研究了不同包裹方式下FRP约束混凝土柱在受荷和腐蚀共同作用下的受力机理、承载能力及耐久性能，探讨了腐蚀环境下约束构件的整体耐久性问题，具体研究内容和成果主要包括以下几个方面：
　　1)研究了水环境、紫外线干湿环境、盐雾干湿环境下，CFRP布的耐久性能。试验结果表明：三种腐蚀情况下，随着时间的增长，CFRP布的延伸率均有所降低；抗拉强度在盐雾干湿循环和水循环下有升高趋势，但在紫外线干湿循环作用下基本不变。
　　2)通过在液压试验机中引入刚性元件支撑从而实现了腐蚀或荷载腐蚀状况下素混凝土柱与条带包裹CFRP布混凝土柱全过程曲线的获取。
　　3)研究了水环境、紫外线干湿环境、盐雾干湿环境下，CFRP布不同包裹方式、不同试验周期约束素混凝土圆柱整体耐久性能。试验结果表明：紫外线腐蚀对约束混凝土柱的极限承载力和极限应变的影响不大；盐雾作用环境使得约束混凝土柱极限承载力降低了5％左右，同时约束混凝土柱的纵向极限应变降低了10%左右；水循环作用对极限承载力和极限应变影响不大。
　　4)研究了水循环和施加极限荷载的40%共同环境、盐雾干湿与荷载共同作用环境下，CFRP布不同包裹方式、不同试验周期约束素混凝土圆柱整体耐久性能。试验结果表明：在以上两种劣化环境下，CFRP约束混凝土柱的极限承载力分别降低了8%和5%左右，同时其极限应变分别降低了20%和7%左右。
　　5)利用ANSYS有限元软件对经过120天盐雾干湿循环劣化后的CFRP布全包裹素混凝土圆柱轴压破坏进行了模拟分析，并与试验结果进行对比分析，表明所建立的模型较好地模拟了试验结果。

目录

FRP 约束混凝土受荷短柱的耐久性试验研究

EXPERIMENTAL RESEARCH ON DURABILITY OFFRP CONFINED LOAD-BEARING SHORTCOLUMNS

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 本课题研究的目的及意义

1.3 FRP 加固技术研究现状

1.4 FRP 约束混凝土柱研究与应用中若干关键问题

1.4.1 FRP约束混凝柱的力学性能

1.4.2 FRP约束混凝柱的耐久性研究

1.5 本文主要研究内容

第2章 CFRP布的耐久性试验研究

2.1 引言

2.2 试验概况

2.2.1 FRP布的选种

2.2.2 CFRP试件设计与制作

2.2.3步入式滨海大气试验箱

2.2.4试验装置

2.3 自然环境下CFRP复合材料的力学性能

2.4 水循环下CFRP复合材料的力学性能

2.4.1水循环下CFRP布的试验结果

2.4.2试验结果分析

2.5 盐雾干湿循环下CFRP复合材料的力学性能

2.5.1盐雾干湿循环下CFRP布的试验结果

2.5.2试验结果分析

2.6 紫外线干湿循环下CFRP复合材料的力学性能

2.6.1紫外线干湿循环下CFRP布的试验结果

2.6.2试验结果分析

2.7 本章小结

第3章 CFRP布约束素混凝土圆柱的耐久性试验研究

3.1 引言

3.2 试验概况

3.2.1 试件设计

3.2.2立方体试块轴压试验

3.3 全过程曲线的实现及极限承载力的测量

3.3.1 全过程曲线试验原理

3.3.2 全过程曲线加载装置与方案

3.3.3 全过程曲线测点布置及采集装置

3.3.4 素混凝土应力-应变全过程曲线

3.3.5 极限承载力测量加载装置和加载机制

3.3.6 极限承载力测量的应变片布置和采集装置

3.4 CFRP约束混凝土柱的破坏特征

3.4.1 条带式包裹混凝土柱的破坏特征

3.4.2 全包裹混凝土柱的破坏特征

3.5 试件承载力分析

3.6 试件应力－应变分析

3.6.1 条带式包裹混凝土柱试件应力－应变分析

3.6.2 全包裹混凝土柱试件应力－应变分析

3.7 盐雾干湿循环对约束试件力学性能的影响

3.8 水循环对约束试件力学性能的影响

3.9 紫外线干湿循环对约束试件力学性能的影响

3.10 本章小结

4章 荷载作用下CFRP布约束素混凝土圆柱的耐久性试验研究

4.1 引言

4.2 试验概况

4.2.1 试件设计

4.2.2 试块加载应力及试块强度

4.2.3 应力腐蚀装置

4.2.4 加载装置

4.3 CFRP约束混凝土柱的破坏特征

4.3.1 条带式包裹混凝土柱的破坏特征

4.3.2 全包裹混凝土柱的破坏特征

4.4试件承载力分析

4.5 试件应力－应变分析

4.5.1 条带式包裹混凝土柱试件应力－应变分析

4.5.2 全包裹混凝土柱试件应力－应变分析

4.6 荷载和盐雾干湿耦合作用对约束试件力学性能的影响

4.7 荷载和水循环耦合作用对约束试件力学性能的影响

4.8 本章小结

第5章 CFRP约束素混凝土圆柱有限元模拟分析

5.1 引言

5.2 ANSYS模拟CFRP约束混凝土柱

5.2.1 CFRP约束混凝土的的有限元模型

5.2.2 试件模型的建立

5.2.3 ANSYS软件模拟结果

5.3 试验与模拟结果对比分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢