FRP約束模擬海水混凝土標準圓柱軸壓性能研究

發(fā)布時間：2020-10-25 01:00

　　隨著全球海洋經(jīng)濟的發(fā)展,在沿海港口和島礁需要興建大量的海岸工程,混凝土的用量相當(dāng)龐大。淡水在混凝土制備和養(yǎng)護中的需求量極大,而全球多地尤其是島礁均面臨淡水資源匱乏的問題,因此,海水資源的開發(fā)利用逐漸進入人們的視野。通常,海水需要進行淡化處理才能用于混凝土的制備和養(yǎng)護。但海水淡化不僅工序繁瑣而且成本高昂。如果可以直接利用海水配置混凝土,可以就地取材,節(jié)約工期和成本。海水直接利用的最大障礙是海水中有害離子(Cl~-和SO_4~(2-))會對混凝土和鋼筋造成不利影響。纖維增強復(fù)合材料(FRP)作為一種新型復(fù)合材料,具有輕質(zhì)、高強和耐腐蝕的優(yōu)越特性,近年來逐漸應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域。本研究將海水與FRP優(yōu)勢互補,提出FRP約束海水混凝土,以期達到海水直接利用的目的,并避免海水中有害離子對鋼筋的不利影響。本研究制備了五種不同濃度、三種不同組份合計十五種模擬海水,模擬海水離子濃度取全球海水平均離子濃度的0倍(即淡水)、0.5倍、1倍、2倍、5倍;根據(jù)組份不同,包括僅含Cl~-的模擬海水、僅含SO_4~(2-)的模擬海水以及同時包含Cl~-和SO_4~(2-)的模擬海水。對十五種模擬海水,各澆筑12個150mm×300mm的混凝土圓柱體。其中,三個為素混凝土圓柱體、三個包裹以一層玄武巖纖維(BFRP)、三個包裹以兩層BFRP、三個包裹以一層碳纖維(CFRP)。所有試件在標準條件養(yǎng)護28天,然后進行軸壓試驗,以測試其力學(xué)性能。共進行了180個標準圓柱體的軸壓測試。分析不同的約束條件下短柱試件的受力情況和破壞模式,并分析了FRP類型、包裹層數(shù)、模擬海水種類對模擬海水混凝土短柱承載力、應(yīng)力應(yīng)變曲線等的影響。結(jié)果表明:包裹一層BFRP對混凝土短柱極限承載力的提升并不大,但試件延性得到了一定程度的提高。包裹2層BFRP與1層CFRP對試件的極限承載能力、延性均具有相當(dāng)程度的提升。分析不同的離子濃度和組份對短柱力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:隨著混合離子濃度的增加,對海水混凝土的強度影響不大,但是通過無約束的傳統(tǒng)混凝土比較,隨著混合濃度的提高,28天強度有所下降,下降幅度在9%-16%左右。最后,采用Teng et al,s(2009)設(shè)計模型和Jiang and Teng(2007)分析模型對所有試驗進行了預(yù)測,并預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果進行比對,表明FRP約束對海水混凝土短柱的力學(xué)性能具有良好的提升。
【學(xué)位單位】：溫州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P75
【部分圖文】：

中國海岸

溫州大學(xué)碩士學(xué)位論文必要的。出現(xiàn)問題的建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu),實際情況并不允許將其全部推倒重建, 而只要采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施,對其進行補強與加固處理,使其仍能滿足安全性、適用性和耐久性的要求,繼續(xù)為社會服務(wù)。總之,在現(xiàn)代社會中對建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)的補強加固技術(shù)進行開發(fā)和研究是非常必要的,具有重要的社會效益和巨大的經(jīng)濟效益。1.2 研究背景隨著改革開放沿海城市的發(fā)展，我國海岸線不斷在變化，截止 2014 年，我國已經(jīng)擁有 1.97×104km 大陸海岸線[6]，如圖 1-1，城市房屋建筑的數(shù)量逐漸增加，相對的建設(shè)用水量也在增大。而沿海地區(qū)淡水匱乏，海水不能直接使用，這是極大的一種浪費。

水下基礎(chǔ)

構(gòu)技術(shù)規(guī)程)(CECS146-2003)、《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》(GB50367-2006)、《纖維增強復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB 50608-2010)。這些規(guī)范的推出，使 FRP 加固技術(shù)的應(yīng)用進一步規(guī)范化, 程序化和法律化, 從面促進了該項技術(shù)的健康發(fā)展。但是，隨著 FRP 加固修復(fù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,FRP 加固混費土結(jié)構(gòu)的耐久性問題引起了人們極大的關(guān)注：因為 FRP 加固修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用大多數(shù)是在室外，特別是侵蝕性環(huán)境 (如高溫潮濕、化學(xué)劑侵蝕、碳化, 凍融, 沿海海水潮汐) 作用下, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在這類環(huán)墻中往往由于耐久性降低而無法正常使用。FRP 具有高比強度(強度與質(zhì)量之比)和良好的耐腐蝕性的優(yōu)點[9]。比強高即輕質(zhì)高強，這使得施工操作便捷、周期短、降低人工及減小施工對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊�，不影響建筑物的原有空間，加固效果明顯[10]。FRP 與混凝土的結(jié)合體現(xiàn)了優(yōu)良的力學(xué)性能。FRP 材料在建筑工程中不僅僅可以直接作為結(jié)構(gòu)材料，還可以加固補強混凝土結(jié)構(gòu)，包括橋梁、墻體、樓板、隧道等。由于環(huán)境影響，地下基礎(chǔ)顯示出結(jié)構(gòu)性能劣化和抗力衰減。如圖 1-2 所示，F(xiàn)RP 成功用于加固水下基礎(chǔ)[11]。1992 年,蘇格蘭建成第一座全 FRP 材料的人行斜拉橋—Aberfeldy 橋[12](如圖 1-3 所示）。

斜拉橋,加固修復(fù)