FRP约束模拟海水混凝土标准圆柱轴压性能研究

发布时间：2020-10-25 01:00

　　随着全球海洋经济的发展,在沿海港口和岛礁需要兴建大量的海岸工程,混凝土的用量相当庞大。淡水在混凝土制备和养护中的需求量极大,而全球多地尤其是岛礁均面临淡水资源匮乏的问题,因此,海水资源的开发利用逐渐进入人们的视野。通常,海水需要进行淡化处理才能用于混凝土的制备和养护。但海水淡化不仅工序繁琐而且成本高昂。如果可以直接利用海水配置混凝土,可以就地取材,节约工期和成本。海水直接利用的最大障碍是海水中有害离子(Cl~-和SO_4~(2-))会对混凝土和钢筋造成不利影响。纤维增强复合材料(FRP)作为一种新型复合材料,具有轻质、高强和耐腐蚀的优越特性,近年来逐渐应用于工业与民用建筑领域。本研究将海水与FRP优势互补,提出FRP约束海水混凝土,以期达到海水直接利用的目的,并避免海水中有害离子对钢筋的不利影响。本研究制备了五种不同浓度、三种不同组份合计十五种模拟海水,模拟海水离子浓度取全球海水平均离子浓度的0倍(即淡水)、0.5倍、1倍、2倍、5倍;根据组份不同,包括仅含Cl~-的模拟海水、仅含SO_4~(2-)的模拟海水以及同时包含Cl~-和SO_4~(2-)的模拟海水。对十五种模拟海水,各浇筑12个150mm×300mm的混凝土圆柱体。其中,三个为素混凝土圆柱体、三个包裹以一层玄武岩纤维(BFRP)、三个包裹以两层BFRP、三个包裹以一层碳纤维(CFRP)。所有试件在标准条件养护28天,然后进行轴压试验,以测试其力学性能。共进行了180个标准圆柱体的轴压测试。分析不同的约束条件下短柱试件的受力情况和破坏模式,并分析了FRP类型、包裹层数、模拟海水种类对模拟海水混凝土短柱承载力、应力应变曲线等的影响。结果表明:包裹一层BFRP对混凝土短柱极限承载力的提升并不大,但试件延性得到了一定程度的提高。包裹2层BFRP与1层CFRP对试件的极限承载能力、延性均具有相当程度的提升。分析不同的离子浓度和组份对短柱力学性能的影响。结果表明:随着混合离子浓度的增加,对海水混凝土的强度影响不大,但是通过无约束的传统混凝土比较,随着混合浓度的提高,28天强度有所下降,下降幅度在9%-16%左右。最后,采用Teng et al,s(2009)设计模型和Jiang and Teng(2007)分析模型对所有试验进行了预测,并预测结果与试验结果进行比对,表明FRP约束对海水混凝土短柱的力学性能具有良好的提升。
【学位单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P75
【部分图文】：

中国海岸

温州大学硕士学位论文必要的。出现问题的建筑结构和桥梁结构,实际情况并不允许将其全部推倒重建, 而只要采取适当的技术措施,对其进行补强与加固处理,使其仍能满足安全性、适用性和耐久性的要求,继续为社会服务。总之,在现代社会中对建筑结构和桥梁结构的补强加固技术进行开发和研究是非常必要的,具有重要的社会效益和巨大的经济效益。1.2 研究背景随着改革开放沿海城市的发展，我国海岸线不断在变化，截止 2014 年，我国已经拥有 1.97×104km 大陆海岸线[6]，如图 1-1，城市房屋建筑的数量逐渐增加，相对的建设用水量也在增大。而沿海地区淡水匮乏，海水不能直接使用，这是极大的一种浪费。

水下基础

构技术规程)(CECS146-2003)、《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)、《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010)。这些规范的推出，使 FRP 加固技术的应用进一步规范化, 程序化和法律化, 从面促进了该项技术的健康发展。但是，随着 FRP 加固修复技术的广泛应用,FRP 加固混费土结构的耐久性问题引起了人们极大的关注：因为 FRP 加固修复技术的应用大多数是在室外，特别是侵蚀性环境 (如高温潮湿、化学剂侵蚀、碳化, 冻融, 沿海海水潮汐) 作用下, 钢筋混凝土结构在这类环墙中往往由于耐久性降低而无法正常使用。FRP 具有高比强度(强度与质量之比)和良好的耐腐蚀性的优点[9]。比强高即轻质高强，这使得施工操作便捷、周期短、降低人工及减小施工对人们日常生活的影响，不影响建筑物的原有空间，加固效果明显[10]。FRP 与混凝土的结合体现了优良的力学性能。FRP 材料在建筑工程中不仅仅可以直接作为结构材料，还可以加固补强混凝土结构，包括桥梁、墙体、楼板、隧道等。由于环境影响，地下基础显示出结构性能劣化和抗力衰减。如图 1-2 所示，FRP 成功用于加固水下基础[11]。1992 年,苏格兰建成第一座全 FRP 材料的人行斜拉桥—Aberfeldy 桥[12](如图 1-3 所示）。

斜拉桥,加固修复