【摘要】：纖維增強聚合物(FRP)具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕性好和易于施工的優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的補強加固,但是針對此類結(jié)構(gòu)在腐蝕環(huán)境下耐久性能的研究還不充分。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,沿海地區(qū)的基礎(chǔ)工程建設(shè)規(guī)模不斷增大。需要考慮海洋環(huán)境對建筑樁基耐久性能的影響,保證結(jié)構(gòu)的安全使用。CFRP復(fù)合樁是使用CFRP筋代替普通鋼筋混凝土樁中的鋼筋,并在樁周包裹一層或多層CFRP布的纖維復(fù)合樁。本文通過利用室內(nèi)模型試驗,結(jié)合理論和ABAQUS有限元軟件分析,探討在海洋環(huán)境下,不同腐蝕時間CFRP復(fù)合樁承載特性的變化規(guī)律。本文的研究內(nèi)容主要包括:(1)選擇5倍的海水濃度進行耐久性試驗,作為人工配置的海水腐蝕液,稱為人工海水。利用進行室內(nèi)模型試驗,模擬海洋環(huán)境下CFRP復(fù)合樁在不同腐蝕時間下,水平承載特性的變化規(guī)律;(2)將CFRP筋和CFRP布放置到配置的人工海水中,分別在腐蝕0天、30天、90天和180天進行拉伸試驗。試驗結(jié)果表明:在人工海水中腐蝕180天后,CFRP筋和CFRP布的抗拉強度分別降低5.33%和6.64%,表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性能;(3)基于Winkler地基模型,樁基的水平承載力需要分別考慮樁身抗彎剛度和地基土抗力的影響。本文利用ZT-FY30自平衡反力架研究CFRP復(fù)合樁和鋼筋混凝土樁在不同腐蝕時間下,樁身抗彎剛度的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明:隨著腐蝕時間的增加,鋼筋混凝土樁的樁身抗彎剛度降低幅度明顯大于CFRP復(fù)合樁;(4)利用實驗室內(nèi)的大型模型槽和自制的加載系統(tǒng),得到CFRP復(fù)合樁和鋼筋混凝土樁在不同腐蝕時間下,水平承載力的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明:隨著腐蝕時間的增加,相比較于CFRP復(fù)合樁,鋼筋混凝土樁的水平承載力出現(xiàn)明顯的降低;(5)復(fù)合材料吸濕率復(fù)合Fick第二定律。本文通過測得CFRP布在海水溶液中,不同腐蝕時間的吸濕率,計算得到海水中的氯離子向CFRP布內(nèi)部的擴散速率D。利用ABAQUS有限元軟件中的Mass Diffusion模塊來,模擬海水中的氯離子向CFRP布內(nèi)部的擴散過程。模擬結(jié)果表明:在結(jié)構(gòu)表面粘貼CFRP布,可以明顯降低海水中的氯離子向結(jié)果內(nèi)部的擴散過程,延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU473.1
【圖文】：

國的科學(xué)技術(shù)隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展得到飛速的提升。作為我國經(jīng)濟發(fā)展口和重要的支點，沿海地區(qū)對我國的持續(xù)發(fā)展具有特別重要的意義。目布有 9 個沿海省、1 個自治區(qū)、2 個直轄市和 53 個重要沿海城市。隨著提高，相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也獲得了飛速的發(fā)展。我國相繼建設(shè)大量的海大橋。因此研究海洋環(huán)境下，結(jié)構(gòu)的耐久性具有重要的意義。于在港口和濱海地區(qū)的建筑物，長期浸泡在海水中的樁基礎(chǔ)，不可避免理和化學(xué)侵蝕。建筑的樁基礎(chǔ)主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相比較于普通的環(huán)境下受到周圍環(huán)境的腐蝕要更加嚴(yán)重。根據(jù)相關(guān)國家的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，腐巨大的損失，一般可達到國民生產(chǎn)總值的 2%~4%。我國是一個海洋大建筑在海洋環(huán)境下，容易造成樁身混凝土發(fā)生碳化和鋼筋受到氯離子侵年前我國南方沿海地區(qū)修建的碼頭，服役 5 年后碼頭表層的混凝土上出役 15 年后為了正常的使用，便需要加固和維護[1]。針對我國北方沿海地情況進行調(diào)查，也得到了相同的結(jié)果。

(a)FRP 片材 (b)FRP 棒材 (c) FRP 拉擠型材 (d) FRP 纏繞型材圖 1-2 目前常見 FRP 品種國外研究 FRP 復(fù)合材料的耐久性起步比國內(nèi)早。國內(nèi)外學(xué)者針對 FRP 復(fù)合結(jié)構(gòu)的耐久性主要做了以下方面的研究：Meyer 等[13]研究在不同環(huán)境下纖維和基體材料對纖維增強復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。分別將碳纖維和兩種不同的基體材料組合而成的復(fù)合材料，放在三個不同的溫度中(37℃、65℃和 95℃)。通過進行碳纖維拔出試驗，碳纖維和基體材料的界面強度隨著溫度的變化顯著降低。Hutchinson[14]分別將 CFRP 片材和 GFRP片材放置在溫度循環(huán)和濕度暴露環(huán)境后，進行拉伸試驗。在相同腐蝕環(huán)境下，CFRP 片材和 GFRP 片材表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。CFRP 片材的彈性模量和延性有一定程度的增加，GFRP 片材彈性模量和延性降低，抗拉強度明顯下降。Tao 等[15]將 CFRP 布和 GFRP 布分別在室溫下進行為期 30d 的浸泡。結(jié)果表明 CFRP 布在浸泡后抗拉強度和彈性模量沒有受到明顯的影響。而 GFRP 布的抗拉強度和極限應(yīng)變分別減少了 10%和 8%。Chen 等[16]

加極限荷載的 65%，在 PH=13~14 的堿溶液中浸泡 9 個月材在-10℃至+23℃溫度中凍融循環(huán) 100 個星期，纖維和基材和 GFRP 片材在不同溫度的 PH=12 堿溶液中，CFRP 比材鹽溶液中浸泡，使纖維-樹脂粘結(jié)強度降低，CFRP 板材準(zhǔn)備料P 筋和 CFRP 布由海寧安捷復(fù)合材料有限責(zé)任公2 型碳纖維筋，由高強度的碳纖維和乙烯基樹脂通筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕J30J 型單向碳纖維布。具有高強高效的優(yōu)點，可用復(fù)。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2804566