玄武岩纤维加固混凝土构件的耐久性试验研究

论文摘要

FRP(Fiber Reinforced Polymers)作为一种加固材料,以轻质、高强、无磁、良好的耐疲劳性和耐腐蚀性等显著优点越来越多的应用于土木工程中。随着FRP的广泛应用,FRP加固混凝土结构必然会受到各种环境的影响。研究FRP加固混凝土构件整体的耐久性性能具有现实的意义。国内外学者对FRP加固混凝土梁的整体性能及其耐久性都做了大量的试验研究,但是FRP大多集中在碳纤维(CFRP)及玻璃纤维(GFRP)等FRP上,而对性价比良好的玄武岩纤维(BFRP)加固混凝土结构的试验研究却很少。基于以上因素,本文在试验研究的基础上,综合分析了环境对玄武岩纤维加固混凝土受弯构件的整体耐久性性能。本文的研究工作是在国家2005年度攻关计划(国际合作项目,编号2005DFBA0002)的资助下进行的。主要进行了以下的研究工作:1.通过不同的冻融条件等参数的变化,研究冻融循环对玄武岩纤维加固混凝土构件的力学性能的影响,包括构件的变形及承载力等力学性能。试验研究结果显示玄武岩纤维加固混凝土受弯构件基本可以满足冻融条件下的加固要求。结合已有的FRP加固构件的破坏承载力计算模型和本文实际的试验数据,本文对玄武岩纤维加固试件的承载力进行了计算,以其对剥离破坏的研究提供参考。2.根据试验结果,研究了玄武岩纤维对钢筋混凝土构件的加固作用及碳化对玄武岩纤维加固钢筋混凝土构件整体力学性能的影响,并进行了以下研究:(1)根据已有的计算模型,结合《混凝土结构设计规范》对端部剥离破坏承载力进行了计算分析,计算结果与试验结果吻合较好,为玄武岩纤维加固钢筋混凝土构件的设计提供参考。(2)依据《混凝土结构加固设计规范》,对玄武岩纤维和碳纤维加固钢筋混凝土构件的正截面的受弯承载力进行了计算,结果表明玄武岩纤维对钢筋混凝土构件的加固是满足加固要求的;本文对玄武岩纤维和碳纤维之间的性价比进行了对比分析,玄武岩纤维较之碳纤维有着较大的价格优势。玄武岩纤维对钢筋混凝土的加固符合我国国情,值得大力推广。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景
• 1.3 FRP材料在土木工程中的研究概况
• 1.3.1 FRP作为增强材料的研究概况
• 1.3.2 FRP作为加固材料的研究概况
• 1.3.3 FRP加固混凝土结构耐久性性能的研究概况
• 1.4 FRP材料研究存在的问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 冻融条件下玄武岩纤维加固混凝土试件的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 构件设计及制作
• 2.2.2 材料性能指标
• 2.2.3 试验试件计算简图及实图
• 2.2.4 加载设备及加载制度
• 2.2.5 试验量测内容
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 试验结果
• 2.3.2 试验结果分析
• 2.3.2.1 玄武岩纤维对混凝土试件的加固作用
• 2.3.2.2 冻融对加固混凝土试件的整体影响
• 2.3.2.3 加固经过冻害的混凝土试件再冻融的性能影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 剥离破坏的承载力计算
• 3.1 材料的力学性能
• 3.1.1 FRP的力学性能
• 3.1.2 混凝土的本构关系
• 3.1.2.1 单轴受力本构关系
• 3.1.2.2 多轴受力本构关系
• 3.1.3 钢筋的本构关系
• 3.2 计算模型
• 3.2.1 前言
• 3.2.2 剥离破坏模型
• 3.3 剥离承载力的计算
• 3.3.1 基本假定
• 3.3.2 剥离破坏的承载力计算
• 3.3.3 理论计算结果和试验结果
• 3.4 加固冻融后的剥离承载力的计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 玄武岩纤维加固混凝土试件碳化条件下的试验研究
• 4.1 碳化对钢筋混凝土构件的腐蚀机理
• 4.1.1 碳化对混凝土的腐蚀
• 4.1.2 碳化对钢筋的腐蚀
• 4.1.3 影响构件混凝土碳化的因素
• 4.2 试验方案
• 4.2.1 构件设计及制作
• 4.2.2 材料性能指标
• 4.2.3 试验试件计算简图
• 4.2.4 试验加载设备及加载制度
• 4.2.5 试验量测内容及方法
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 前言
• 4.3.2 钢筋混凝土构件的承载力分析
• 4.3.2.1 玄武岩纤维对试件的加固作用
• 4.3.2.2 碳化对钢筋混凝土构件的影响
• 4.3.3 钢筋混凝土构件的刚度分析
• 4.3.3.1 钢筋混凝土构件的刚度分析
• 4.3.3.2 加固后的钢筋混凝土构件的刚度分析
• 4.3.4 钢筋和玄武岩纤维的应变
• 4.3.5 裂缝开展及分布情况
• 4.4 本章小结
• 第5章 玄武岩纤维加固钢筋混凝土梁受弯承载力计算
• 5.1 端部剥离破坏承载力计算模型
• 5.2 钢筋混凝土构件与玄武岩纤维及碳纤维加固构件的正截面承载力计算
• 5.2.1 计算的基本条件
• 5.2.2 正截面承载力计算公式
• 5.2.3 玄武岩纤维与碳纤维的性价比分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 本文的研究成果
• 6.2 今后的研究工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢