FRP增强海水海砂混凝土结构研究进展

结合轻质高强耐腐蚀的纤维增强复合材料(FRP)与海水海砂制备FRP增强海水海砂混凝土结构是近年来的研究热点。使用FRP材料替代钢材可以使得海水海砂可以未经淡化直接用于结构当中。利用海水海砂代替淡水河砂是解决淡水河砂资源匮乏、河砂开采导致河床生态问题的重要途径,对于海洋工程建设还能就地取材,降低淡水河砂的运输成本,对我国海洋强度战略具有重大意义。通过对国内外已有的FRP增强海水海砂混凝土结构研究现状进行分析,总结介绍了海水海砂混凝土以及FRP增强聚合物两种材料特性和新型FRP增强海水海砂混凝土结构形式。综述了FRP筋截面面积、配筋率、箍筋间距等因素对FRP增强海水海砂混凝土结构的力学性能影响规律。分析了目前海工混凝土结构所存在的问题,并提出了海工混凝土结构研究建议以及展望,为今后海工结构的研究提供参考。

FRP与海水海砂混凝土组合结构研究进展

随着社会经济的发展,对建筑材料的需求量也随之增长。使用海水海砂作为原材料制备海水海砂混凝土(SSC,Seawater sea-sand concretr)能有效缓解自然资源的压力。然而,海水海砂使用的影响会加速钢筋的腐蚀,制约着SSC在结构方面的推广应用。相比于钢材,纤维增强复合材料(FRP,Fiber Reinforced Polymer,)在力学性能和耐腐蚀性能具有明显的优势。使用FRP与SSC组成的FRP与海水海砂混凝土组合结构(FRP-SSC)有着良好的力学性能和耐久性能,具有良好的应用前景。因此,总结了现有关于FRP-SSC在力学性能以及耐久性能方面的研究,对FRP-SWSC的应用推广具有深远意义。

海水海砂混凝土及FRP加强构件性能研究综述

利用海水海砂制备混凝土可以解决淡水河砂资源匮乏的问题,同时利用纤维增强复合材料(FRP)代替普通钢筋来增强海水海砂混凝土构件可以避免钢筋锈蚀导致结构性能降低的问题,海水海砂混凝土及FRP加强构件的性能对结构安全至关重要。通过文献调研,对海水海砂混凝土及FRP加强构件的力学性能和耐久性进行分析,并提出FRP-海水海砂混凝土在海洋工程建设中的应用领域和进一步研究方向。结论是:相比于普通混凝土,海水海砂混凝土早期强度高而后期强度低;海水海砂混凝土耐久性的研究目前主要集中在抗渗性能和抗碳化性能两个方面;利用FRP加强海水海砂混凝土构件可以有效提高其耐久性,改善海水海砂混凝土构件力学性能;FRP-海水海砂混凝土具有轻量化和高强度的特性,在海洋工程领域有广泛的应用前景。

BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的抗冲击性能

为研究玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋增强海水海砂混凝土(seawater sea-sand concrete,SSC)梁的抗冲击性能,利用落锤冲击装置研究了不同冲击能量(1818 J,2727 J,3636 J,4848 J)作用下,不同混凝土强度(30 MPa,50 MPa)和配筋率(0.23%,0.48%)的BSFP-SSC梁冲击响应,并测试了冲击后梁的残余承载力。结果表明,随着冲击能量的增加,BFRP-SSC梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏,梁的残余承载力系数逐渐降低。提高配筋率或海水海砂混凝土强度,均可有效降低梁的最大跨中位移,提升初始峰值冲击力和抗冲击性能。该研究可为BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的抗冲击设计提供重要依据。

CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱轴压试验及承载力计算方法

为了提升薄壁不锈钢结构的承载性能和耐久性,在不锈钢管内外壁粘贴碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,CFRP)复合约束海水海砂混凝土,制得一种CFRP-不锈钢夹层管海水海砂混凝土结构。以CFRP粘贴层数和方式为变化参数,对18个短柱试件进行了单调轴心受压试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载-位移曲线和材料应变分布数据,分析了试件轴压力学性能的变化规律。结果表明:内外贴CFRP能有效地提高结构的承载能力和变形能力;无CFRP和内贴CFRP试件的破坏形态均为剪切破坏,但破坏形态会随着外贴CFRP层数的增加向腰鼓破坏转变;在相同粘贴方式下,试件的承载能力、变形能力和耗能能力随着CFRP层数的增加呈非线性提高;在相同粘贴层数下,内贴CFRP的力学性能提升效果优于外贴CFRP,粘贴1层和2层CFRP时,内贴试件的极限承载力相较于外贴试件能再提高5.6%和6.7%,同时内贴1层CFRP的试件的耗能能力与外贴2层CFRP的相当;应变分析显示,在试件破坏前,CFRP与不锈钢协同工作良好。文中最后基于极限平衡法,考虑不锈钢的应变硬化效应,提出了CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱极限轴压承载力的计算公式,并收集了73个样本的数据进行验证,发现计算值与试验值较为吻合。

先张法CFRP筋预应力海水海砂混凝土板传递长度分析

为了研究先张法CFRP筋预应力海水海砂混凝土板的预应力传递长度,首先进行了CFRP筋与海水海砂混凝土黏结性能的实验,通过理论分析以及有限元数值模拟,得到了影响CFRP筋与海水海砂混凝土黏结性能的主要因素及其影响机理。采用ABAQUS软件建立了先张法CFRP筋-海水海砂混凝土预应力板有限元模型,对先张法CFRP筋预应力海水海砂混凝土的传递长度进行了分析。参数分析结果表明,混凝土强度越高,预应构件的传递长度越短,这是因为黏结强度的增大使得预应力的传递距离变短;而CFRP筋与张拉控制应力的增大,都能显著增大传递长度。本文还提出了基于混凝土黏结强度下的先张法CFRP筋-海水海砂混凝土预应力构件传递长度的计算公式。

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.

海水海砂混凝土研究进展

利用海水海砂替代淡水河砂能够有效解决自然资源匮乏等问题,对海洋工程的建设具有重要意义。通过对国内外现有研究进行总结,综合分析了原材料特性、海水海砂混凝土力学性能以及海水海砂结构构件的研究等问题。海水和海砂可以有效地替代淡水和河砂以解决资源问题,未来还应研究在冲击荷载以及爆炸荷载下结构的损伤,以此更好为实际工程应用提供帮助。

FRP非均匀约束海水海砂混凝土方柱轴压性能

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明:由于CFRP非均匀约束试件中沿高度方向CFRP厚度并不相等,因而整个破坏过程具有明显的预兆,故脆性行为得到明显改善。相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件,其具有更优越的力学性能,尤其是在净距比较小的情况下。随着外部CFRP条带净距的下降和层数的增加,试件的极限强度和变形能力显著提高。具体而言,由于FRP条带净距的降低导致试件的极限强度增幅在5.4%~18.5%不等,而在净距比固定状态下,当外部条带层数增大1倍后,极限强度与应变的最大增幅分别为15.8%和21.8%。最后基于试验数据,对现有部分代表性应力-应变模型对于非均匀约束混凝土的适用性进行了讨论,并给出了所有模型对于试件极限状态的预测精度与误差大小。