【摘要】：在我國南海諸多島嶼中,珊瑚礁島占了絕大多數(shù),它們的地理位置決定了其經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義都十分重要。隨著我國對(duì)海洋權(quán)益越來越重視,南海諸島上的建設(shè)必然會(huì)逐漸增多。然而,大多數(shù)海島都遠(yuǎn)離大陸,如果澆筑混凝土所用的各種建材(包括淡水)均從大陸運(yùn)輸,將浪費(fèi)大量時(shí)間和財(cái)力。珊瑚骨料混凝土使用珊瑚礁砂作為粗、細(xì)骨料并以海水拌制,除水泥以外的材料均可在海島上就地取材。同時(shí),為解決珊瑚碎屑所包含的大量氯鹽所導(dǎo)致的鋼筋嚴(yán)重銹蝕問題,可使用纖維增強(qiáng)塑料筋(Fiber Reinforced Polymer Rebar,簡稱FRP筋)替代傳統(tǒng)的鋼筋,組成FRP筋-珊瑚混凝土結(jié)構(gòu),從而為島礁建設(shè)提供了新的途徑。FRP筋和珊瑚混凝土間的可靠粘結(jié)是兩者能協(xié)同工作的基礎(chǔ)。但是,鑒于兩種新型材料特殊的物理力學(xué)特性,無論是傳統(tǒng)的鋼筋混凝土理論,還是FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究成果,在描述FRP筋-珊瑚混凝土結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)行為特性時(shí)均可能存在局限性。相關(guān)研究的缺失將制約FRP筋-珊瑚混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)理論發(fā)展及實(shí)際工程應(yīng)用。FRP筋與珊瑚混凝土兩者間粘結(jié)力的形成機(jī)理、粘結(jié)滑移過程和規(guī)律、破壞形態(tài)等問題,以及粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型的建立,是FRP筋-珊瑚混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)理論研究和實(shí)際工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。而鑒于珊瑚混凝土較差的抗?jié)B性以及南海地區(qū)高溫、高鹽、高濕的實(shí)際使用環(huán)境,FRP筋-珊瑚混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)性能在濕熱海洋環(huán)境下的劣化研究同樣不能忽視�；谏鲜霰尘�,本文進(jìn)行了下列問題的研究:1、進(jìn)行了不同類型的纖維增強(qiáng)塑料筋(碳纖維CFRP、玻璃纖維GFRP)與珊瑚混凝土間粘結(jié)性能的試驗(yàn)研究。通過對(duì)一批FRP筋-珊瑚混凝土偏心立方體試件進(jìn)行單端拉拔測試,獲取粘結(jié)強(qiáng)度,相對(duì)滑移、筋材粘結(jié)應(yīng)力等關(guān)鍵參數(shù),研究FRP筋-珊瑚混凝土的受力過程和破壞模式,明確了埋置長度、直徑、保護(hù)層厚度等因素對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響,總結(jié)了FRP筋與珊瑚混凝土粘結(jié)力的形成、傳遞機(jī)理,并討論兩種筋材之間以及珊瑚混凝土和普通混凝土之間的區(qū)別。隨后,通過先進(jìn)的光纖光柵測試技術(shù)分析了粘結(jié)滑移各基本變量(FRP筋拉應(yīng)力、粘結(jié)應(yīng)力、相對(duì)滑移量)隨埋置長度的變化規(guī)律。并將試驗(yàn)結(jié)果與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)研究成果進(jìn)行對(duì)比,明確FRP筋-珊瑚混凝土之間的粘結(jié)性能與鋼筋混凝土粘結(jié)性能的相似與區(qū)別,分析了造成該區(qū)別的原因2、進(jìn)行了FRP筋-珊瑚混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型研究。在對(duì)前人研究的歸納總結(jié)基礎(chǔ)上,本文提出了一種適用于FRP筋-珊瑚混凝土粘結(jié)滑移的本構(gòu)關(guān)系模型。該模型形式簡單,物理概念明確,與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。與現(xiàn)有模型相比,本文提出的模型能更好的吻合滑移曲線殘余段和下降段規(guī)律波動(dòng)的趨勢隨后,基于該模型求解了粘結(jié)滑移微分方程,并推導(dǎo)得出了能夠反映粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移量沿埋長分布情況的解析解。最后利用該解析解,推導(dǎo)得出FRP筋在珊瑚混凝土中錨固長度計(jì)算公式,并提出珊瑚混凝土修正系數(shù)。通過算例分析發(fā)現(xiàn),該公式的計(jì)算結(jié)果相對(duì)規(guī)范值而言略偏保守3、在對(duì)已有鋼筋混凝土構(gòu)件有限元建模方式和各種材料單元特點(diǎn)的充分分析基礎(chǔ)上,結(jié)合本文提出的粘結(jié)滑移的本構(gòu)關(guān)系模型,使用ANSYS結(jié)構(gòu)非線性有限元軟件建立了考慮粘結(jié)滑移的CFRP筋、GFRP筋珊瑚混凝土簡支梁模型然后對(duì)其受力破壞過程進(jìn)行了模擬,并分析了能夠直接反應(yīng)FRP筋與珊瑚混凝土之間粘結(jié)滑移性能的連接彈簧單元的變形和受力。結(jié)果證明使用本文提出的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系模型能夠在非線性有限元計(jì)算中有效實(shí)現(xiàn)FRP筋和珊瑚混凝土之間的粘結(jié),運(yùn)算結(jié)果良好、可靠4、進(jìn)行了濕熱海洋環(huán)境下FRP筋-珊瑚混凝土粘結(jié)性能劣化研究。首先開展了FRP裸筋在不同溫度的人工海水環(huán)境下的加速老化對(duì)比試驗(yàn),分析FRP筋在不同溫度、浸泡時(shí)間的人工海水浸泡下腐蝕劣化機(jī)理,并通過電子掃描電鏡觀測筋材劣化的程度。結(jié)果表明由于樹脂成分與海水發(fā)生反應(yīng)以及筋材纖維本身的腐蝕損傷,FRP筋出現(xiàn)不同程度的劣化。相較于浸泡時(shí)間,溫度的影響更加明顯。且GFRP筋的劣化程度明顯大于CFRP筋。隨后進(jìn)行了GFRP筋、CFRP筋與珊瑚混凝土在海水環(huán)境下粘結(jié)性能試驗(yàn),揭示在溫度、濕度、鹽度環(huán)境耦合作用下FRP筋-珊瑚混凝土之間的粘結(jié)性能退化機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨浸泡時(shí)間增加,FRP筋-珊瑚混凝土極限粘結(jié)強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加、后減小的趨勢。增加保護(hù)層厚度能有效地減緩海水對(duì)FRP筋的侵蝕,有利于保持FRP筋-珊瑚混凝土間的粘結(jié)性能最后,在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,提出了高溫海洋環(huán)境下FRP筋-珊瑚混凝土粘結(jié)強(qiáng)度折減系數(shù)公式,該系數(shù)包含浸泡時(shí)間和浸泡溫度兩個(gè)關(guān)鍵變量,模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合程度較高�？傊�,本文研究成果不僅對(duì)建立FRP筋-珊瑚混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)基礎(chǔ)研究理論做出有益補(bǔ)充,也為FRP筋-珊瑚混凝土結(jié)構(gòu)在我國南部海洋環(huán)境中的實(shí)際工程的施工、設(shè)計(jì)提供參考。具有一定的理論和工程價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU528
【圖文】：

圖１．２珊瑚混凝土強(qiáng)度與水灰比關(guān)系逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓｔｒｅｎｇｔｈ邋ａｎｄ邋ｗａｔｅｒ－ｃｅｍｅｎｔ邋ｒａｔｉｏ邋ｏｆ邋ｃｏｒａｌ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ土相關(guān)研究動(dòng)態(tài)逡逑研究動(dòng)態(tài)逡逑二次世界大戰(zhàn)以后，作為海洋權(quán)益大國的美國為維護(hù)其既得署有大量的軍事基地，這些基地大部分處于熱帶海島上且位置分需建筑材料如果全部從大陸運(yùn)輸因耗費(fèi)巨大而變得不切實(shí)際。軍方最早開始了珊瑚混凝土的應(yīng)用，隨后該國制定的《Ｕｎｉｆｉｅｄｌ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ》［６］土木工程標(biāo)準(zhǔn)中指出：如果常規(guī)材料如碎石、可以使用珊瑚礁砂作為混凝土的粗細(xì)骨料。到目前為止，太平、中途島和夸賈林環(huán)礁等島礁上仍有由珊瑚混凝土建造的建筑。ｗｅ

大部分產(chǎn)品都使用的是拉擠成型工藝。拉擠工藝是將浸漬樹脂膠液的連續(xù)纖維束、帶或逡逑布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)長度不限的ＦＲＰ逡逑型材，如圖１．４所示。這種工藝具有生產(chǎn)效率高、成品纖維含量高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，逡逑缺點(diǎn)是只能生產(chǎn)截面形狀固定的型材。逡逑ＧＴｉ邋Ｐｕｌｔｒｕｓｉｏｎ邋Ｍｏｃｈｉｎｅ逡逑Ｕ邐；＞；－邐＾邐；邐？雄，邐＇ｓ＾＾５逡逑減■涵ＯＶａ邐：’邋ｉ邐９逡逑圖１．４拉擠工藝示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｕｌｔｒｕｓｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑ＦＲＰ筋是ＦＲＰ材料中在土木工程領(lǐng)域使用較廣的一種新型筋材。與傳統(tǒng)增強(qiáng)材料逡逑——鋼筋相比，具有如下特點(diǎn)［１１４逡逑？優(yōu)點(diǎn)逡逑（１）

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4 Antoine E Naaman ,張旭東,姚訓(xùn)惠;部分預(yù)應(yīng)力混凝土——評(píng)述與建議[J];國外橋梁;1988年04期

5 胡德p

本文編號(hào)：2717595