海洋环境下CFRP复合桩水平承载特性研究

发布时间：2020-08-26 02:47

【摘要】：纤维增强聚合物(FRP)具有轻质高强、耐腐蚀性好和易于施工的优点,被广泛应用于混凝土结构的补强加固,但是针对此类结构在腐蚀环境下耐久性能的研究还不充分。随着我国经济的快速发展,沿海地区的基础工程建设规模不断增大。需要考虑海洋环境对建筑桩基耐久性能的影响,保证结构的安全使用。CFRP复合桩是使用CFRP筋代替普通钢筋混凝土桩中的钢筋,并在桩周包裹一层或多层CFRP布的纤维复合桩。本文通过利用室内模型试验,结合理论和ABAQUS有限元软件分析,探讨在海洋环境下,不同腐蚀时间CFRP复合桩承载特性的变化规律。本文的研究内容主要包括:(1)选择5倍的海水浓度进行耐久性试验,作为人工配置的海水腐蚀液,称为人工海水。利用进行室内模型试验,模拟海洋环境下CFRP复合桩在不同腐蚀时间下,水平承载特性的变化规律;(2)将CFRP筋和CFRP布放置到配置的人工海水中,分别在腐蚀0天、30天、90天和180天进行拉伸试验。试验结果表明:在人工海水中腐蚀180天后,CFRP筋和CFRP布的抗拉强度分别降低5.33%和6.64%,表现出较好的耐腐蚀性能;(3)基于Winkler地基模型,桩基的水平承载力需要分别考虑桩身抗弯刚度和地基土抗力的影响。本文利用ZT-FY30自平衡反力架研究CFRP复合桩和钢筋混凝土桩在不同腐蚀时间下,桩身抗弯刚度的变化规律。试验结果表明:随着腐蚀时间的增加,钢筋混凝土桩的桩身抗弯刚度降低幅度明显大于CFRP复合桩;(4)利用实验室内的大型模型槽和自制的加载系统,得到CFRP复合桩和钢筋混凝土桩在不同腐蚀时间下,水平承载力的变化规律。试验结果表明:随着腐蚀时间的增加,相比较于CFRP复合桩,钢筋混凝土桩的水平承载力出现明显的降低;(5)复合材料吸湿率复合Fick第二定律。本文通过测得CFRP布在海水溶液中,不同腐蚀时间的吸湿率,计算得到海水中的氯离子向CFRP布内部的扩散速率D。利用ABAQUS有限元软件中的Mass Diffusion模块来,模拟海水中的氯离子向CFRP布内部的扩散过程。模拟结果表明:在结构表面粘贴CFRP布,可以明显降低海水中的氯离子向结果内部的扩散过程,延长结构的使用寿命。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU473.1
【图文】：

国的科学技术随着经济的快速发展得到飞速的提升。作为我国经济发展口和重要的支点，沿海地区对我国的持续发展具有特别重要的意义。目布有 9 个沿海省、1 个自治区、2 个直辖市和 53 个重要沿海城市。随着提高，相应的基础设施建设也获得了飞速的发展。我国相继建设大量的海大桥。因此研究海洋环境下，结构的耐久性具有重要的意义。于在港口和滨海地区的建筑物，长期浸泡在海水中的桩基础，不可避免理和化学侵蚀。建筑的桩基础主要为钢筋混凝土结构，相比较于普通的环境下受到周围环境的腐蚀要更加严重。根据相关国家的统计数据，腐巨大的损失，一般可达到国民生产总值的 2%~4%。我国是一个海洋大建筑在海洋环境下，容易造成桩身混凝土发生碳化和钢筋受到氯离子侵年前我国南方沿海地区修建的码头，服役 5 年后码头表层的混凝土上出役 15 年后为了正常的使用，便需要加固和维护[1]。针对我国北方沿海地情况进行调查，也得到了相同的结果。

品种,片材

(a)FRP 片材 (b)FRP 棒材 (c) FRP 拉挤型材 (d) FRP 缠绕型材图 1-2 目前常见 FRP 品种国外研究 FRP 复合材料的耐久性起步比国内早。国内外学者针对 FRP 复合结构的耐久性主要做了以下方面的研究：Meyer 等[13]研究在不同环境下纤维和基体材料对纤维增强复合材料力学性能的影响。分别将碳纤维和两种不同的基体材料组合而成的复合材料，放在三个不同的温度中(37℃、65℃和 95℃)。通过进行碳纤维拔出试验，碳纤维和基体材料的界面强度随着温度的变化显著降低。Hutchinson[14]分别将 CFRP 片材和 GFRP片材放置在温度循环和湿度暴露环境后，进行拉伸试验。在相同腐蚀环境下，CFRP 片材和 GFRP 片材表现出不同的性质。CFRP 片材的弹性模量和延性有一定程度的增加，GFRP 片材弹性模量和延性降低，抗拉强度明显下降。Tao 等[15]将 CFRP 布和 GFRP 布分别在室温下进行为期 30d 的浸泡。结果表明 CFRP 布在浸泡后抗拉强度和弹性模量没有受到明显的影响。而 GFRP 布的抗拉强度和极限应变分别减少了 10%和 8%。Chen 等[16]

建筑结构

加极限荷载的 65%，在 PH=13~14 的碱溶液中浸泡 9 个月材在-10℃至+23℃温度中冻融循环 100 个星期，纤维和基材和 GFRP 片材在不同温度的 PH=12 碱溶液中，CFRP 比材盐溶液中浸泡，使纤维-树脂粘结强度降低，CFRP 板材准备料P 筋和 CFRP 布由海宁安捷复合材料有限责任公2 型碳纤维筋，由高强度的碳纤维和乙烯基树脂通筋混凝土结构中的钢筋，具有轻质高强、耐腐蚀J30J 型单向碳纤维布。具有高强高效的优点，可用复。

【参考文献】