GFRP-混凝土空心圆柱受压性能研究

发布时间：2020-11-02 07:33

【摘要】：沿海及近海的工程结构,如栈桥、码头和系泊平台经常采用管桩作为其基础或支撑。这些管桩在使用过程中,除了需要抵抗竖向和水平荷载的共同作用,还面临着严苛海洋环境造成的以钢筋锈蚀为主的耐久性问题。纤维增强复合材料(Fiber-Reinforced Polymer,以下简称为FRP),因其具有良好的力学性能以及抗腐蚀能力,可在此类情况下代替钢材,因此FRP-混凝土组合结构可作为满足这种管桩构件要求的理想结构形式。本文基于对FRP材料在混凝土结构中已有应用的基础上,提出了一种新型的GFRP-混凝土组合截面形式,它主要由三部分构成:空心混凝土圆柱,外部GFRP套管约束和内部的GFRP纵筋。具有该种截面的长柱构件可作为满足上述要求的新型管桩构件,而为了掌握该构件在轴压和弯压耦合情况下的力学性能,作者对其短柱形式进行了系统的试验研究和分析工作:(1)轴压试验主要考察了纵筋位置、配筋率、混凝土截面空心和GFRP约束强度对构件轴压性能的影响。在第一批试验中,发现了纵筋贴壁放置对构件性能有不利影响,进而在第二批试验中对构件的截面设计做出了改进。分析结果,发现该构件具有在屈服后承载力保持稳定上升的双线性荷载-位移关系,且具有较好的极限承载能力和延性,同时GFRP筋在本构件中也发挥了良好的抗压能力。(2)此外,作者比较了FRP均匀约束的圆形截面和空心率为0.5的非均匀约束环形截面的混凝土应力-应变性能差异。在Teng J.G.等人提出的FRP约束混凝土本构理论模型的基础上,通过理论分析和试验数据拟合的方式得到了适用于环形截面的FRP约束混凝土本构模型。(3)弯压试验考察了偏心距为25mm,50mm和四点支撑受弯时构件的力学性能。试验结果说明随着偏心率增大,构件的轴向承载力减小,侧向变形增大等特点。根据得到的应变数据,探讨了偏压情况下构件外部GFRP约束性能改变的情况。之后采用上文得出的混凝土本构模型,用条代法进行了短柱受压的非线性分析,得出了构件的M-N曲线,并与试验结果进行了比较和分析。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9
【图文】：

沿海及近海的结构工程，相比于一般陆地上的结构工程，因其特殊的使用功能和严苛的环境条件，在设计和建造时会有一些特定的考虑因素。如栈桥、码头和系泊平台这样的结构，就主要有以下两点需要考虑[1]：其一是它们常常由一些长度较大、独立的管桩作为基础和支撑。这些管桩除了受到来自上部结构的竖向荷载，还受到很多由环境产生（如洋流、波浪、风、地震以及水压和地基土压力等）的水平向荷载的影响，使得它们在轴力的作用下同时也受到很大的弯矩和剪力作用[1-3]。因此，这些管桩需要满足复杂受力作用下的承载力水平要求。其二是这些结构的管桩部分，应具有很高的耐久性。传统的木制、型钢或一般的钢筋混凝土基桩，在波浪冲蚀和海水腐蚀的作用下，性能会受到严重影响，很难保证具有足够的耐久性，如图 1-1 所示。而新型的复合材料如 FRP（FiberReinforced Polymer，即纤维增强复合材料），因其具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和工程应用能力，可以作为传统材料的替代品，为海洋工程中管桩的耐久性问题提供可行的解决方案[4,5]。

图 1-2 新型 GFRP-混凝土组合管桩设计概念性的角度出发：FRP 套管隔绝了混凝土与外对混凝土表面的侵蚀，可以提高构件整体的耐桩不使用钢材，所以能够成功地避免一系列由应用的角度出发：该管桩在制造过程中，可直浇筑的模板，节省生产成本。且该管桩不需考以采用海水海沙混凝土来进行浇筑，因此可以，特别是对于海洋工程而言，具有非常可观的实究现状对这种外部具有 FRP 约束、内部配有 FRP 纵计以及抗压性能做出研究。为达到研究目的，约束的环形截面混凝土和 FRP 纵筋在受压构件出整理和总结。

仅作为护舷桩和板桩墙来缓冲船舶停靠时的侧向冲击力。1.2.1.5 玻纤塑料桩玻纤塑料桩由再生塑料基体和在基体内随机分布的玻璃纤维组成（如图1-3(f)），这种桩同样主要作为护舷桩使用。2006 年，Juran I.和 Komornik U.[17]对该桩进行了轴压性能测试，发现其具有与加载速率相关的应力-应变关系，且其弹性模量仅有 0.37GPa，比混凝土小 40 余倍，故不适于作大多数的承载力构件。综上所述，现有的主要复材桩可分为由复合材料与传统材料（混凝土、钢材）组合而成和主要由复合材料制成的两种类型。其中后者的强度、刚度受材料性能限制
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本文编号：2866753