恶劣环境与荷载作用下FRp-高强混凝土耐久性试验及数值研究

摘要

随着我国经济高速发展，海港、码头、跨海大桥及海底隧道等海岸和近海工程的数量迅速增加。但是海洋环境恶劣，特别是在寒冷的北方，这些钢筋混凝土结构遭受着冻融循环、干湿循环、氯盐侵蚀等多种恶劣环境的作用，腐蚀严重。对于腐蚀严重的危桥和海港来说，与推倒重建相比，通过加固措施恢复其使用功能更加节省费用，也利于能源节约和环境保护。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，CFRP)作为一种轻质高强的高分子材料，有着良好的耐久性，适合用于海洋环境下结构的加固。高强混凝土内部密实，抗渗性和抗冻性远好于普通混凝土，广泛应用于码头、船坞、防波堤和跨海大桥中。但是，目前FRP-混凝土界面耐久性的研究中，多采用C30～C40混凝土，无法指导FRP加固高强混凝土结构的耐久性设计。因此，需要对FRP-高强混凝土界面的耐久性进行研究，为海岸与近海工程的长期使用提供技术支持。
　　本文结合国家自然科学基金项目(51378089)进行了如下研究:CFRP-高强混凝土双剪试件在冻融循环和荷载共同作用下的极限荷载、荷载-端部滑移曲线等的变化规律;CFRP-高强混凝土双剪试件在冻融、干湿循环和荷载的共同作用下的极限荷载、荷载-端部滑移曲线等的变化规律;运用有限元软件来模拟冻融和荷载共同作用后FRP-混凝土试件的加载破坏试验，结合试验结果来研究劣化后的FRP-混凝土界面力学性能及整个劣化规律。
　　研究发现，CFRP-高强混凝土界面抗冻性比CFRP-普通混凝土好很多，冻融循环450次，黏结性能的劣化不大。300次冻融耦合120次干湿也没有对界面产生明显损伤。但持续荷载给加载端造成了很大的损伤，界面局部剥离。基于ABAQUS建立了一个有限元模型，较好的模拟了FRP-高强混凝土面内剪切试验，并利用该模型研究了试件经受冻融循环和荷载共同作用后界面的劣化规律。模拟得到的极限荷载和有效黏结长度等数据比试验波动性小很多，且能清楚的观察到极限端部滑移的变化规律，而其在试验中很难准确测量。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究意义

1．2 研究现状概述

1．2．1 FRP-混凝土界面的耐久性

1．2．2 FRP-混凝土界面性能的有限元分析

1．3 本文研究内容

2 冻融与荷载共同作用下FRP-高强砼黏结耐久性

2．1 引言

2．2 试验概况

2．2．1 试验材料

2．2．2 试件制作

2．2．3 加载装置

2．2．4 试验步骤

2．2．5 数据测量

2．2．6 试件编号

2．3 试验结果与分析

2．3．1 冻融介质对混凝土的影响

2．3．2 冻融循环对混凝土的影响

2．3．3 极限荷载

2．3．4 破坏面位置

2．3．5 加载端的劣化剥离

2．3．6 荷载-端部滑移曲线

2．3．7 应变分布

2．3．8 有效黏结长度

2．4 本章小结

3 冻融、干湿与荷载共同作用下FRP-高强砼黏结耐久性

3．1 引言

3．2 试验概况

3．2．1 试验步骤

3．2．2 试件编号

3．3 试验结果与分析

3．3．1 极限荷载

3．3．2 破坏面位置

3．3．3 加载端的劣化剥离

3．3．4 荷载-端部滑移曲线

3．3．5 应变分布

3．3．6 有效黏结长度

3．3．7 黏结滑移关系

3．4 本章小结

4 冻融与荷载共同作用后FRP-高强砼黏结性能的有限元分析

4．1 引言

4．2 有限元模型

4．2．1 几何信息、约束与载荷

4．2．2 材料本构

4．2．3 单元网格划分

4．2．4 材料界面设置

4．3 劣化后的材料与界面

4．3．1 冻融对FRP和树脂胶的劣化

4．3．2 冻融对混凝土的劣化

4．3．3 冻融对胶-混凝土界面抗剪强度的影响

4．3．4 持载对界面的影响

4．4 模拟结果及分析

4．4．1 模拟效果

4．4．2 极限荷载

4．4．3 极限端部滑移

4．4．4 荷载-端部滑移曲线

4．4．5 有效黏结长度

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．1．1 冻融和荷载共同作用

5．1．2 冻融、干湿和荷载共同作用

5．1．3 有限元分析

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢