盐溶液和应力耦合作用下FRP筋混凝土梁短期耐久性研究

摘要

海洋环境中存在着氯离子，会对钢筋造成严重的锈蚀，破坏混凝土结构，降低结构的耐久性，进而产生安全隐患。针对海洋环境下钢筋混凝土严重的锈蚀问题，国内外专家进行了大量的研究，采取了一系列的防腐措施，如阴极保护法、掺加阻锈剂法、氯离子固化法、表面涂层法等，这些措施虽然减缓了钢筋的腐蚀速度，但是并不能彻底解钢筋的腐蚀问题。而FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀等优点，在海洋环境中可以代替钢筋，有效地解决钢筋锈蚀的问题。基于此背景，本文主要对FRP筋性能、FRP筋混凝土梁设计方法以及FRP筋海水海砂混凝土的耐久性展开研究，主要研究内容包括： （1）收集了国内外2000-2018年文献中FRP筋基本力学性能和耐久性能数据，统计分析了FRP筋抗拉强度、弹性模量和延伸率的分布类型、分布区间及其随着纤维体积百分比和直径的变化规律；然后对FRP筋在水溶液、盐溶液、酸溶液、碱溶液以及模拟海水海砂混凝土溶液、冻融循环、耦合作用下的耐久性能以及耐久性影响因素进行了统计分析。 （2）基于FRP筋和S-FRP筋的材料特性，给出了不同破坏模式下FRP筋以及S-GFRP筋混凝土梁的抗弯承载力设计方法；通过模型法计算了FRP筋混凝土梁的最小配筋率，由FRP筋拉断的同时受压区混凝土压碎得到了平衡配筋率，发现最小配筋率和平衡配筋率只与FRP筋和混凝土的材料特性有关；考虑受压区混凝土不同的受力阶段，提出了正常使用阶段弹性状态和弹塑性状态下FRP筋混凝土梁中FRP筋的徐变应力计算方法。 （3）以钢筋海水海砂混凝土梁为对照组，对GFRP筋及S-GFRP筋海水海砂混凝土梁在浓度为5%的盐溶液和20%-25%、40%-45%应力水平耦合作用3个月下的耐久性进行了试验研究。通过破坏形态、承载能力、跨中挠度、裂缝分布和发展分析了海水海砂混凝土梁的退化规律。研究发现：3个月后，钢筋海水海砂混凝土梁发生了轻微的锈蚀，GFRP筋混凝土梁无明显的退化，而S-GFRP筋混凝土梁在40%-45%应力水平耦合作用下发生了筋材拉断破坏。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.2.1 FRP筋物理力学性能

1.2.2 FRP筋耐久性能

1.2.3 FRP筋混凝土梁耐久性能

1.2.4 现有研究的问题

1.3 研究内容

2 FRP筋基本力学性能与耐久性能统计分析

2.1 引言

2.2 FRP筋基本力学性能统计分析

2.2.1 FRP筋拉伸强度

2.2.2 FRP筋弹性模量

2.2.3 FRP筋延伸率

2.3 FRP筋基本力学性能变化规律统计分析

2.3.1 GFRP筋力学性能

2.3.2 BFRP筋力学性能

2.3.3 CFRP筋力学性能

2.4 FRP筋耐久性能统计分析

2.4.1 FRP筋在水溶液中耐久性能

2.4.2 FRP筋在酸环境中耐久性能

2.4.3 FRP筋在盐溶液中耐久性能

2.4.4 FRP筋在碱环境中耐久性能

2.4.5 FRP筋在海水海砂环境中耐久性能

2.4.6 FRP筋在冻融循环作用下耐久性能

2.4.7 FRP筋在耦合作用下耐久性能

2.5 本章小结

3 FRP筋混凝土梁设计方法

3.1 引言

3.2 FRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力

3.2.1 FRP筋混凝土梁正截面破坏模式

3.2.2 FRP筋混凝土梁正截面受力分析

3.2.3 特征配筋率

3.2.4 简化设计方法

3.2.5 基于GFRP筋退化模型的设计方法

3.3 正常使用状态下FRP筋应力计算

3.3.1 基本理论

3.3.2 弹性阶段

3.3.3 弹塑性阶段

3.4 S-FRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力

3.4.1 S-FRP筋特点

3.4.2 S-FRP筋混凝土梁正截面破坏模式

3.4.3 S-FRP筋混凝土梁正截面受力分析

3.5 本章小结

4 FRP筋海水海砂混凝土梁短期耐久性试验研究

4.1 引言

4.2 试验方案

4.2.1 试验材料

4.2.2 试验设计与制作

4.2.3 试验方案的选取

4.2.4 持荷加载装置

4.2.5 加载设备和制度

4.3 试验现象与破坏形态

（1） S-0（钢筋海水海砂混凝土控制梁）

（2） S-1

（3） S-2

（4） S-3

（5） G-0（GFRP筋海水海砂混凝土控制梁）

（6） G-1

（7） G-2

（8） G-3

（9） SG-0（S-GFRP筋海水海砂混凝土控制梁）

（10） SG-1

（11） SG-2

（12） SG-3

4.4 试验结果

4.4.1 梁试验结果

4.4.2 荷载-挠度曲线

4.4.3 裂缝宽度变化

4.4.4 裂缝发展情况

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录A FRP筋基本力学性能数据统计

附录B 水溶液中FRP筋耐久性能统计

附录C 酸溶液中FRP筋耐久性能数据统计

附录D 盐溶液中FRP筋耐久性能数据统计

附录E 碱溶液中FRP筋耐久性能数据统计

附录F 海水海砂混凝土溶液中FRP筋耐久性能数据统计

附录G 冻融循环下FRP筋耐久性能数据统计

附录H 耦合作用下FRP筋耐久性能数据统计

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