侵蚀环境下高性能FRP筋材力学性能退化实验研究与分析

摘要

纤维复合增强筋（Fiber Reinforced Polymer Rebar）是有效提升普通混凝土结构耐久性能的新途径之一，它具备普通钢筋所不具备的比重小、比强高、抗侵蚀等优势，相比普通钢筋具有极大的发展潜力。迄今为止，大多数研究的是FRP筋材在加速侵蚀环境下的力学性能，并不能将研究成果直接与实际工程应用相结合，具有一定的局限性。本文通过FRP筋的自然老化试验，对CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic）筋和GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastic）筋材的耐久性能进行了持续观测和试验研究，主要包括以下几方面的研究工作：
　　1、对恶劣侵蚀环境下的玻璃纤维筋材和碳纤维筋材进行了力学性能实验和研究，测定并分析了测试筋材的弹模、极限强度、破坏模式等。试验结果表明：FRP筋的破坏模式与尺度相关，对于同种玻璃纤维筋材，名义直径12mm相对于8mm的筋材，其拉伸破坏形态可近似看作炸散型；相比GFRP与CFRP筋，GFRP炸散形态更接近于炸散型。对比分析不同种FRP筋抗拉强度的极限，存在尺度效应，且随直径增加，极限强度有所降低；侵蚀试验后测试两种筋材的杨氏弹模，发现与厂家提供的理论范围（GFRP:40GPa~45GPa）、（CFRP:130GPa~140GPa）相吻合。
　　2、探究了恶劣侵蚀环境(清水、碱溶液、人工海水溶液)对纤维筋抗腐蚀性能以及力学性能退化的机理。结果表明：对相同直径的GFRP筋抗拉性能在碱溶液状况中降低较明显，清水相对于盐溶液侵蚀，极限抗拉性能劣化不显著。
　　3、探究恶劣侵蚀环境对纤维复合筋杨氏弹模的影响。结果表明当增加侵蚀浸泡时间时，FRP筋杨氏模量有一定程度的降低，且弹模劣化水平与初始物理力学性能相关，碳纤维复合筋材的拉应力最大值高于同直径的GFRP筋，且在恶劣侵蚀环境下力学性能降低较少。
　　4、对已有碳纤维及玻璃纤维筋抗拉强度测试的相关数据进行可靠度分析和计算，并结合一次二阶矩的计算方法，对确定侵蚀环境下FRP筋力学性能所对应的可靠指标进行了探究，对FRP-混凝土全寿命周期设计给出一定参考与建议。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 研究的背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究的主要目的意义及内容

第二章 FRP筋材的物理化学特性与制备方法

2.1 引言

2.2 FRP材料及复合材料的成型工艺

2.3 FRP筋的类型及成型工艺

2.4 碳纤维的特性分析

2.5 玻璃纤维的特性分析

2.6 FRP筋基体材料的特性分析

2.7本章小结

第三章 劣化环境下FRP筋力学性能实验研究与分析

3.1 引言

3.2 试验环境

3.3 试验筋材

3.4 浸泡试验

3.5 试样制备

3.6 拉伸试验

3.7 结果分析

3.8 本章小结

第四章 侵蚀环境下FRP筋力学性能的结构可靠度分析

4.1 引言

4.2 基本随机变量

4.3 结构的极限状态

4.4 结构的可靠概率和失效概率

4.5 结构的可靠指标

4.6 可靠指标与安全系数

4.7 可靠指标的计算

4.8 本章小结

第五章 基于可靠指标的FRP筋全寿命设计与经济分析

5.1 引言

5.2 结构失效概率分级与计算

5.3 不采取维修策略时的经济分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢