持续荷载与环境作用下混凝土梁中GFRP筋抗拉性能研究

摘要

近年来，FRP（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）筋以其轻质、高强及抗疲劳等优良的特性，在土木工程应用中越来越广泛，特别是在路面工程、海洋工程、水利工程以及桥梁工程中具有广阔的应用前景。FRP筋作为一种新型复合材料，用其替代钢筋配置于混凝土中，是解决钢筋混凝土结构由于钢筋锈蚀而引起的耐久性问题的有效途径。然而对于FRP筋这种新型材料来说，目前最为迫切需要研究的是其长期力学性能。鉴于此，本文以国家自然科学基金项目—《混凝土梁中GFRP筋抗拉强度演化机理研究》（编号：51178361）为依托，对性价比最高且最有可能在土木工程中广泛应用的GFRP筋在实际混凝土环境中不同侵蚀条件下的长期抗拉性能进行了较为系统和深入的研究。 首先，对GFRP筋的基本力学性能和耐久性能分别进行了试验研究，通过对加速老化试验数据的分析，得到了不同腐蚀环境下GFRP筋的抗拉强度退化规律；结合微观分析手段，给出了GFRP筋在腐蚀溶液中的退化机理。试验结果表明：GFRP筋在碱溶液和盐溶液中的退化机理较为相似，但在相同环境温度、相同浸泡时间等条件下，碱溶液环境对GFRP筋的侵蚀程度要大于盐溶液。 其次，为探寻实际服役混凝土环境下GFRP筋的长期抗拉强度退化规律，对持续荷载与环境共同作用下GFRP筋混凝土梁试件进行了耐久性试验，主要分析了浸泡溶液、环境温度、持续荷载、工作裂缝、侵蚀时间等因素对GFRP筋长期抗拉强度的影响；同时从微观角度对老化试验前后GFRP筋进行观察与分析，在此基础上给出了混凝土环境中GFRP筋抗拉强度的退化机理。 再次，基于GFRP筋加速老化与自然老化的试验数据，以抗拉强度为表征手段，采用灰色关联分析法对GFRP筋在两种环境之间的相关性进行了定量分析，提出了计算两者之间加速转换因子（ASF）的方法，并计算得到了GFRP筋在加速老化环境和自然老化环境之间的加速转换因子。 最后，为了准确预测混凝土环境下GFRP筋抗拉性能退化规律，在加速老化试验数据的基础上，基于Fick定律预测模型，通过引入含时间函数的随机变量，充分考虑基本可变量的不确定性，建立了混凝土环境下GFRP筋长期抗拉强度半可靠性概率预测模型。通过将试验数据与模型预测值进行对比分析，验证了所提预测模型的准确性和实用性，为真实混凝土环境下GFRP筋的抗拉强度预测及服役寿命预估提供了数据支持和理论依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 FRP筋简介

1.3 FRP筋在工程中的应用实例

1.4 国内外研究动态与应用现状

1.5 问题的提出

1.6 研究内容

第2章 FRP筋耐久性研究综述

2.1 引言

2.2 FRP筋耐久性试验方法的研究进展

2.3 影响FRP筋耐久性的主要因素

2.4 小结

第3章 GFRP筋力学与耐久性能试验研究

3.1 引言

3.2 GFRP筋力学与耐久性能试验

3.3 试验结果与分析

3.4 小结

第4章 持续荷载与环境共同作用下混凝土梁中GFRP筋抗拉性能试验

4.1 引言

4.2 试验设计

4.3 试验结果与分析

4.4 小结

第5章 GFRP筋加速老化与自然老化相关性研究

5.1 引言

5.2 GFRP筋加速老化与自然老化抗拉性能变化规律

5.3 自然老化试验与加速老化试验的相关性分析

5.4 自然老化与人工加速老化试验间加速因子计算

5.5 相关性评价

5.6 小结

第6章 混凝土环境中GFRP筋长期抗拉强度理论模型

6.1 引言

6.2 已有预测模型介绍

6.3 混凝土环境下GFRP筋抗拉强度预测模型

6.4 预测模型验证

6.5 小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 主要创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文