真实海水浸泡下FRP筋与海水海砂混凝土的粘结耐久性

在真实海水环境浸泡下对FRP筋与海水海砂混凝土（SWSSC）的界面粘结耐久性能进行了试验研究.试验变量包括FRP筋种类（GFRP筋、BFRP筋和SFCB筋）和浸泡时间（30 d、90 d、180 d和270 d）,通过中心拉拔试验对3种筋与SWSSC的界面粘结性能退化进行了对比分析;基于试验数据,对实际服役环境下3种筋的长期极限粘结强度退化进行了预测.结果表明：受海水长期浸泡和不同FRP筋制造工艺差异的影响,GFRP筋表面肋的磨损程度比BFRP筋和SFCB筋的小;BFRP筋和SFCB筋的粘结应力-滑移曲线的残余段波动逐渐减小;BFRP筋和SFCB筋的极限粘结强度退化快于GFRP筋.根据预测结果,给出了海洋环境、室外环境及室内环境下3种筋在设计服役年限所对应的极限粘结强度退化值.     

海水环境下BFRP筋-海水海砂混凝土粘结耐久性

对BFRP筋-海水海砂混凝土界面粘结耐久性开展长期浸泡侵蚀试验,分析真实海水浸泡后界面粘结性能的长期退化规律,浸泡时间分别是30 d、90 d、180 d、270 d、360 d、450 d、540 d和630 d.基于拉拔试验数据,对真实海洋环境下BFRP筋-海水海砂混凝土的长期极限粘结强度保留率进行模拟预测.结果表明：在真实海水浸泡630 d后,BFRP筋-海水海砂混凝土的极限粘结强度降低了66.13%,且0～270 d退化速率明显高于270 d以后的退化速率.采用Bank模型并引入湿度修正系数,预测50 a后在海洋环境、室外环境及室内环境条件下极限粘结强度保留率分别为31.42%、57.15%和74.85%,为BFRP筋-海水海砂混凝土构件在沿海地区建筑中的应用提供参考.     

相对湿度对海水海砂混凝土环境下GFRP筋拉伸性能影响

通过建立相对湿度、混凝土孔隙溶液饱和度以及腐蚀反应速率之间定量分析方法，研究了环境相对湿度对海水海砂混凝土环境下玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋力学性能的影响规律.利用混凝土孔隙尺寸分布函数和孔隙溶液的表面张力公式建立了相对湿度与海水海砂混凝土孔溶液饱和度关系模型；假设孔隙液均匀弥散于混凝土，得到了氢氧根(OH^-)腐蚀离子浓度；借助蚀刻模型计算OH^-作用下GFRP筋的腐蚀速率和强度保留率；利用试验数据验证了分析方法的准确性.根据中国部分沿海城市的气候统计数据，预测了代表性环境温度和水灰比条件下，相对湿度对海水海砂混凝土环境中GFRP筋强度保留率的影响规律，相对湿度的增加促进了GFRP筋的性能退化.结合相关标准规定，得到了海水海砂混凝土环境下GFRP筋的相对湿度与使用年限关系曲线.     

高温后玄武岩和玻璃纤维增强 复合材料筋的力学性能

采用MTS万能试验机对不同温度处理后的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的拉伸和剪切性能进行测试,研究了高温对BFRP筋和GFRP筋力学性能和破坏模式的影响.利用Weibull模型对不同温度处理后BFRP筋和GFRP筋的拉伸强度进行统计分析,采用热重分析仪定量化阐明BFRP筋和GFRP筋的热分解机制.结果表明:高温会导致BFRP筋和GFRP筋发生明显的颜色和形貌变化;BFRP筋和GFRP筋的拉伸强度、极限应变、韧性和剪切强度均随着温度的升高而呈先上升后下降的趋势,而弹性模量变化不明显.与相同温度处理后的GFRP筋相比,BFRP筋的拉伸性能较差,剪切性能较好;BFRP筋和GFRP筋的热分解特性解释了其高温后力学性能的退化机理.     

高温下GFRP筋力学性能的试验研究

为了研究高温下纤维增强复合材料(FRP)筋的力学性能,对直径为8mm的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋进行了高温下的拉伸试验,获得了10 ～ 500℃范围内随着温度升高GFRP筋的极限强度和弹性模量的衰减趋势;并结合材料TG/DSC热学试验结果提出了GFRP筋在高温下的拉伸本构模型.该三参数拉伸本构模型以纤维和树脂的...     

FRP筋超高性能海水海砂混凝土梁抗剪性能研究

为研究纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，FRP）筋超高性能海水海砂混凝土（Ultra-high Performance Seawater Sea-sand Concrete，UHPSSC）梁的抗剪性能，采用三点弯曲试验，探究剪跨比、箍筋间距和筋材类型（CFRP、BFRP、HFRP）对FRP-UHPSSC梁抗剪性能的影响规律. 试验结果表明：FRP-UHPSSC梁在加载时裂缝发展迅速，破坏时具有明显的脆性特征；跨中荷载-挠度曲线在首条裂缝出现前后均呈现出双线性变化，裂缝出现后梁的荷载-挠度关系曲线斜率变小，挠度增长加快；FRP-UHPSSC梁的抗剪承载力随剪跨比和箍筋间距的增大而减小，剪跨比相同的试验梁，其开裂荷载基本相同；筋材的弹性模量越大，梁的抗剪承载力越高，同时也越能抑制梁的竖向变形；最后采用4部规范中的抗剪公式对试验工况进行分析，规范公式对BFRP-UHPSSC梁和HFRP-UHPSSC梁抗剪承载力计算的最小误差分别超过40%和30%，筋材类型不同的试验工况抗剪承载力计算结果差异较大.     

玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土短柱轴压性能

为解决沿海地区或岛礁建设中钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,同时推动海水海砂资源的有效利用,开展了玄武岩纤维复合材料筋增强海水海砂混凝土（BFRP-SSC）短柱轴压性能研究. 研究了纵筋配筋率和箍筋间距对试件轴压性能的影响. 结果表明：BFRP-SSC短柱在加载过程中随着混凝土被压碎、箍筋发生断裂而破坏,表现为较脆性的破坏形式. 增加纵筋配筋率可以增加试件的极限承载力,而配箍率对极限承载力影响不明显,同时减小箍筋间距可以增加其延性. 对比了国内外纤维增强复合材料（FRP）筋混凝土柱承载力计算方法,BFRP-SSC短柱承载力的计算应当考虑BFRP纵筋的贡献. 本文结果可以为BFRP-SSC短柱的设计和应用提供数据支撑和理论依据.     

热带海洋中GFRP-SWSSC柱的轴压性能

针对热带海洋环境,提出了一种GFRP管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱制品,通过利用其内置钢筋在海洋环境下的锈胀反应达到提升自身力学性能的目的.以螺旋箍筋、混凝土强度和外部管材为试验变量设计制作了20根GFRP管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱试件,对其在真实热带海洋环境下的轴压性能进行了研究.试验结果显示,浸泡后的钢筋呈现不均匀的锈胀现象,螺旋箍筋和混凝土强度的提高会增强GFRP管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱的轴压性能;在热带海洋环境浸泡条件下,设置螺旋箍筋的GFRP管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱和钢管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱的轴压承载力高于同类型未浸泡试件.海南岛建筑结构的受力部件可以采用FRP管钢筋混凝土柱,以其在真实海洋环境下浸泡后提升后的极限承载力为设计依据进行设计.     

高性能纤维增强混凝土与筋材复合体系拉伸性能研究

超高性能混凝土（UHPC）具有优异的抗压强度，而超高延性水泥基复合材料（ECC）具有优良的拉伸应变强化能力，二者均属于高性能纤维增强基材。纤维增强复合材料筋（FRP bar）具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性能好的优点。高性能基体与高强度筋材的结合使用，有望解决传统钢筋混凝土结构的耐久性问题，同时保证结构体系的承载能力。选取力学性能不同的3种基体（普通混凝土、ECC和UHPC）与2种筋材（钢筋、BFRP筋），在其材料性能试验基础上，对其组成的6种配筋复合体系进行了轴拉试验。试验结果表明，复合材料的拉伸性能受多种因素的影响。高性能基材可以有效地提升构件强度，但复合体系的变形能力由基材与筋材中应变能力较弱的一方决定；高性能基材所提供的抗拉贡献和应变软化会导致复合体系提前进入破坏状态，反而降低了体系的延性（拉伸变形能力）。初步证明，基于高性能材料的结构构件设计必须综合考虑材料各自的力学性能和材料间相互作用造成的综合影响。     

RPC管-海水海砂混凝土组合柱抗压性能

在配有碳纤维增强塑料（CFRP）封闭箍筋的活性粉末混凝土（RPC）预制管内浇筑海水海砂混凝土（SWSSC）,形成一种新型组合结构--RPC预制管-SWSSC组合柱（SFRPCT）. 这种组合柱能有效克服SWSSC中的盐分对构件耐久性的影响,并适用于海洋工程等高腐蚀性环境. 对12个大尺寸SFRPCT试件和3个CFRP箍筋约束SWSSC柱（FRPHSC）开展了轴压试验,研究RPC管与内部SWSSC的组合效应及箍筋间距对轴压性能的影响. 结果表明,在峰值荷载下,RPC管表面产生大量细而密的裂缝,但保护层没有出现明显的剥落现象;SFRPCT的轴向承载力显著高于对应的FRPHSC,这一组合形式将RPC超高的抗压强度和CFRP箍筋的约束效应有效结合了起来. 基于相关试验数据和模型,给出SFRPCT组合柱的轴向承载力计算方法,并对组合效应进行了分析,结果表明,RPC管所承担的荷载与组合柱承载力的比值在0.39~0.42之间.     

海水海砂再生混凝土与玻璃纤维增强塑料筋黏结性能

采用标准立方体中心拔出试验,测试了不同组分及不同强度混凝土与玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋之间的黏结滑移性能.结果表明:再生粗骨料的使用降低了混凝土与GFRP筋之间的黏结强度,海水、海砂的使用对混凝土的黏结强度基本没有影响;不同组分混凝土与GFRP筋的黏结滑移曲线相似,无明显差别;与普通混凝土相似,海水海砂再生混凝土与GFRP筋的黏结强度随着混凝土的立方体抗压强度增加而增加.采用4种不同适用于GFRP筋的黏结滑移本构模型对试验数据进行了拟合,结果表明:4种模型均能较好地拟合本次试验曲线,其中,Malvar模型拟合程度最高.     

酸碱腐蚀环境对BFRP筋力学性能的影响

针对不同酸碱腐蚀环境对玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋的力学性能影响进行研究,分别在不同酸碱腐蚀作用下对BFRP筋进行抗拉、抗压试验以及抗剪试验测试,观察BFRP筋材在不同酸碱腐蚀环境下的外观形态变化和破坏模式,分析极限拉应变、抗压强度、抗剪强度、抗拉强度等基本力学性能参数随腐蚀损伤的变化规律。结果表明,BFRP筋的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度以及极限拉应变在酸碱腐蚀溶液中均有所下降,酸碱腐蚀对BFRP筋的力学性能均有影响,且碱性溶液对筋材力学性能影响高于酸性溶液。     

FRP筋与全珊瑚骨料海水混凝土粘结性能数值模拟

良好的界面粘结性能是保证FRP筋与全珊瑚骨料海水混凝土结构能够共同工作并充分发挥各自优良性能的重要因素之一，因此通过拉拔试验研究了各类影响条件下二者之间的界面粘结性能.在上述试验研究的基础上，通过Abaqus有限元软件采用简化双线性模型建立了FRP筋与珊瑚骨料海水混凝土的粘结滑移模型，研究了FRP筋直径、粘结长度、珊瑚骨料海水混凝土强度和FRP筋种类对粘结性能的影响.通过比较数值模拟得到的理论值与试验得到的试验值发现，二者的一致性较高，因此采用简化双线性模型来分析FRP筋全珊瑚骨料海水混凝土结构的界面粘结性能具有一定的适用性.在研究各因素的影响后发现，增大界面粘结长度、筋材直径和珊瑚骨料海水混凝土强度均能提高结构的承载力，但较大的筋材直径易导致试件发生脆性破坏，并且高强度混凝土对于承载力的增强效果并不明显.     

BFRP筋增强生态高延性混凝土的干燥收缩性能

生态高延性混凝土(ecological high ductility concrete, Eco-HDC)具有优异的抗拉性能，可用来浇筑桥面无缝连接板。为避免Eco-HDC收缩引发的开裂问题，采用BFRP筋作为抗裂筋。为结构设计优选BFRP筋保护层厚度，从BFRP筋对Eco-HDC收缩的影响角度，研究保护层厚度对试件干燥收缩的影响，对比分析配BFRP筋与不配筋对Eco-HDC收缩性能的影响。试验结果表明：随着龄期的增加，素Eco-HDC和BFRP筋增强Eco-HDC的干燥收缩均逐渐增加，BFRP筋压应变呈增加趋势，养护1～7 d时增加趋势较为明显，之后增加趋势逐渐变缓；随着保护层厚度的减小，BFRP筋增强Eco-HDC的收缩逐渐增加，BFRP筋压应变也逐渐增大，BFRP筋的约束效果更加明显，但经历45 d后BFRP筋压应变数值差别不大。在桥面无缝连接板施工养护时应注意早龄期7 d内保湿以减少收缩；在结构设计中，优选BFRP筋保护层厚度为25 mm.     

应力对纤维增强塑料排烟内筒耐腐蚀性能的影响

针对燃煤电厂烟囱纤维增强塑料排烟内筒工程中应用的纤维增强复合材料试样S-1设置了5种实验条件,即条件A（静态浸泡）、条件B（Ⅰ型应变,应变4.61%）、条件C（Ⅰ型应变+静态浸泡）、条件D（Ⅱ型应变,应变5.89%）、条件E（Ⅱ型应变+静态浸泡）,以探究不同实验条件下试样性能的变化。力学性能测试结果表明：不同实验条件下,试样力学性能出现了不同程度的下降,相对于条件B,试样在条件D下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了2.98%、9.52%;相对于条件C,试样在条件E下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了5.92%、4.42%。扫描电子显微镜（SEM）研究发现,试样S-1在条件E下经90 d的实验周期后,表面破坏较为严重,有明显的纤维拔出现象,巴氏硬度测试也表明试样在不同条件下的表面状态发生了变化。红外图谱结果表明,试样在条件E下的水解程度大于条件C。     

GFRP筋拉伸力学性能尺寸效应试验研究

通过试验研究不同直径玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的力学性能,并采用基于材料强度Weibull分布的最弱链理论分析其尺寸效应.试验结果表明,GFRP筋极限抗拉强度、抗拉弹性模量和极限延伸率随着直径增大而下降,而屈服应变变化规律则相反.通过试验分析,建立考虑直径变化的GFRP筋应力应变关系及其相关参数同直径的关系;提出了不同直径GFRP筋极限抗拉强度fDtu计算公式.基于最弱链理论分析,得出GFRP筋尺寸效应的主要影响因素是试件的有效区体积.研究表明,GFRP筋拉伸力学性能具有明显的尺寸效应;采用最弱链理论进行尺寸效应分析是可行的,能够预测不同GFRP筋强度,确定其抗拉强度标准值,有助于统一GFRP筋试件的有效长度取用标准,并建议长度范围为试件直径的30~40倍.     

基于拉拔试验的GFRP筋与砂浆粘结性能研究

为了获得玻璃纤维筋与砂浆间的合理粘结性能参数,本文采用室内拉拔试验和数值模拟反演分析相结合的手段开展了相关研究.通过开展不同筋材直径与不同砂浆强度下的筋材拉拔试验,得到了不同工况下的粘结强度-滑移量曲线,探明了筋材直径与砂浆强度对GFRP筋粘结强度的影响规律.基于室内拉拔试验结果,采用有限差分软件FLAC~(3D)模拟再现了GFRP筋拉拔试验,对软件中的粘结性能参数进行了反演分析,修正得到了GFRP筋灌浆体刚度和黏聚强度的计算公式.研究结果表明:GFRP筋与砂浆间的粘结强度与筋材直径成负相关,与砂浆强度成正相关;在缺乏筋材拉拔试验数据时,纤维筋锚杆极限粘结强度宜取灌浆体抗压强度的五分之一,以求得灌浆体黏聚强度;纤维筋锚杆灌浆体刚度可采用普通钢筋锚杆灌浆体刚度计算公式获取,但应乘以位于(1/10, 1/15]区间内的折减系数.     

BFRP螺旋条带内约束海水海砂混凝土圆柱的轴压性能

为研究以BFRP筋作为纵向增强筋、连续BFRP螺旋条带作为约束元件且带保护层的新型海水海砂混凝土圆柱的轴心受压性能,对8根短柱试件进行轴压试验,研究了BFRP纵筋配筋率和BFRP条带的宽度、间距对其轴压性能的影响;并基于试验数据推导了该类受压构件轴压承载力的计算表达式。研究结果表明：有条带约束试件的破坏过程和机理为试件高度中部混凝土保护层先剥落,然后螺旋条带断裂,随后核心混凝土压碎、纵筋屈曲,保护层剥落范围小于无条带约束试件;BFRP螺旋条带能对核心混凝土和BFRP纵筋有一定约束效应,可提高BFRP纵筋抗压强度利用率;试件抗压承载力随BFRP纵筋配筋率增大而提高;条带约束可使试件承载力提高0.9%～10.4%,极限位移增大16.39%～130.82%;减小条带间距或增大条带宽度均能提高试件承载力;试件位移延性系数总体不高;采用文中推导的轴压承载力计算表达式得到的计算值与试验值吻合较好。     

结构用GFRP筋受压力学性能试验

对3种不同直径的结构用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋开展受压力学性能试验,研究筋材的长细比、直径对其抗压强度、峰值应变及压缩弹性模量的影响.结果表明:GFRP筋是典型的脆性材料,其破坏形态主要有压碎破坏、劈裂破坏和屈曲破坏;随着长细比的增大,GFRP筋的抗压强度、峰值应变及压缩弹性模量均明显降低,其中,由于试件G8-11发生屈曲破坏,直径8 mm试件各参数的减幅最为明显,约为直径10,12 mm试件减幅的3倍;随着直径的增大,GFRP筋的抗压强度、峰值应变显著下降,但直径变化对筋材压缩弹性模量的影响较小.最后,将试验结果与现有文献结果进行对比,二者吻合较好,表明文章的试验方法具有一定的合理性和参考价值.     

纤维取向与打团效应对玄武岩纤维增强复合材料拉伸性能的影响

 基于Tsai理论,针对纤维体积掺加率为0.6%、0.9%、1.2%、1.5%,纤维取向角为0°、15°、30°、45°的玄武岩纤维-环氧树脂复合材料（BFRP）进行了轴向拉伸强度实验研究,并引入纤维均分系数和打团纤维含量表征玄武岩纤维在环氧树脂中的打团效应,建立打团纤维的细观力学模型与几何模型,对BFRP的拉伸强度进行了数值计算对比分析。结果表明,纤维体积掺加率一定时,BFRP的拉伸强度随纤维取向角的增大而减小,纤维取向角一定时,BFRP的拉伸强度随纤维体积掺加率的增大而增大;纤维均分系数随纤维体积掺加率的增大而减小,打团纤维含量随纤维体积掺加率的增大而增大;纤维打团效应的存在,导致了BFRP的纤维临界体积掺加率较纤维均分时有所增大,降低了玄武岩纤维对环氧树脂基材拉伸强度的增强幅度;考虑纤维打团效应的BFRP拉伸强度计算值与实验结果接近。