温度-海水环境下CFRP加固RC梁疲劳性能研究

发布时间：2020-07-09 05:52

【摘要】：以亚热带沿海地区服役的钢筋混凝土(RC)桥梁为研究背景,考虑我国南方和沿海地区的海水环境和温度变化、以及运营桥梁承载构件的实际工作状况,本文构建碳纤维薄板(CFL)加固RC构件,并以此作为研究对象,提出温度-海水环境与荷载耦合作用的加速疲劳实验方法,研制温度-海水环境模拟与控制系统;探讨氯离子对CFL加固RC构件的侵蚀机理、以及在温度-海水环境与循环荷载耦合作用下CFL加固RC构件的环境疲劳/耐久性问题。本文的主要研究内容与结论如下:(1)温度-海水环境模拟与控制系统研发。为了模拟亚热带沿海地区服役的RC桥梁的实际工作环境,提出温度-海水环境与荷载耦合作用的加速疲劳实验方法,搭建复杂环境与载荷耦合作用的实验平台,本研究基于珠江几个主要入海口附近海域的盐度分布规律、以及该地区桥梁的实际工作温度,建立了智能环境模拟与控制系统的工作原理,设计了能够与经改进的MTS810试验系统配套使用的温度-海水环境模拟与控制系统,并委托厂家成功地试制了该环境系统。经过试运营和第三方检测机构检验,本环境系统技术指标先进,满足了各项设计功能。(2)CFL加固RC构件的氯离子侵蚀机理研究。按照有/无CFL加固、不同裂缝宽度设计制作了带裂缝RC试件和CFL加固RC试件,然后按照不同预处理时间(0d,10d,20d,30d,40d,50d,60d)分组对试件进行了中性盐雾实验,探讨了盐雾浓度、裂缝宽度等对CFL加固RC构件的氯离子侵蚀速度、试件破坏模式及极限承载力的影响机制,建立了氯离子扩散模型。研究结果表明:1)对于CFL加固RC试件,经过50d的盐雾处理后氯离子才能到达钢筋表面,CFL加固层对防止氯离子的侵蚀作用明显;2)当裂缝宽度在0.6mm以内时,CFL加固层抵抗氯离子侵蚀的效果较好;3)盐雾预处理时间较短时,试件的破坏模式为弯曲破坏,预处理时间较长时为剪切破坏;4)提出的CFL加固和未加固RC试件的氯离子扩散方程是有效和可行的。(3)温度-海水环境与荷载耦合下CFL加固RC梁的环境疲劳实验研究。首先,模拟了广东沿海地区桥梁服役的真实环境,利用自主搭建的实验平台,提出了温度-海水环境与荷载耦合作用下桥梁承载构件的疲劳实验方法。然后,设定了5组温度-海水环境、每组3~4个荷载水平,成功地实施了温度-海水环境与循环荷载耦合作用下CFL加固RC梁的环境疲劳实验。实验研究结果表明:1)在恒温-恒盐雾浓度条件下,研发的智能环境模拟与控制系统达到了设计所要求的技术性能指标;2)温度-海水环境与荷载耦合作用下的CFL加固RC梁的破坏模式都是受拉钢筋(主筋)断裂。其破坏过程可认为是:混凝土开裂→受拉钢筋腐蚀→主筋断裂→碳纤维薄板剥离→试件破坏。这表明温度-海水环境与荷载耦合作用下,受拉钢筋的抗腐蚀性能是影响CFL加固RC梁的环境疲劳性能的关键因素。(4)温度-海水环境与荷载耦合作用下CFL加固RC梁的疲劳性能研究。基于环境疲劳实验结果以及理论分析,探讨了盐雾环境对加固梁疲劳损伤演化的影响机制,建立了温度-海水环境与荷载耦合作用下CFL加固RC梁的环境疲劳方程,提出了温度-海水环境与荷载耦合作用下CFRP加固RC梁疲劳寿命及疲劳极限的预测方法。研究结果表明:1)氯离子侵蚀对CFL加固RC梁的环境疲劳寿命/耐久性的影响是显著的,氯离子浓度越高加固梁的疲劳寿命与疲劳极限越低。温度-海水环境(50℃,5%盐度)下加固梁的疲劳极限比高温高湿环境(50℃,95%R.H)的降低了6.2%,比室温大气环境下的降低了25%左右;2)初步的实验验证结果表明,本文建立的温度-海水环境与荷载耦合作用下加固梁的环境疲劳方程是有效和可行的。利用该环境疲劳方程,可方便、准确地预测温度-海水环境与循环荷载耦合作用下CFRP加固RC梁的疲劳寿命和疲劳极限。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O346.2

【参考文献】