耐高溫樹脂基FRP筋嵌入式加固RC構件火災下力學行為研究

針對FRP嵌入式加固RC構件抗火性能不足的瓶頸問題，本項目提出了多種提升FRP筋嵌入式加固混凝土構件耐火性能的方法，從以下三個層面開展了系列研究。首先開發(fā)了耐高溫樹脂基FRP筋，揭示了其在高溫中強度和彈性模量的退化規(guī)律；為可靠地得到高溫中FRP嵌入筋的應變，提出了采用分布式光纖傳感技術。其次，提出了一種低成本的設置鋁合金管附加肋的方法，用以提高錨固區(qū)FRP筋與膠層或混凝土間的界面粘結性能，并開展了界面粘結試驗。最后，開展了耐高溫樹脂基FRP筋嵌入式加固RC梁構件的抗火性能試驗研究，驗證了耐高溫樹脂基FRP筋在提升加固梁抗火性能方面的顯著優(yōu)勢；通過帶包覆層FRP筋嵌入式加固RC梁構件的抗火性能試驗研究，驗證了錨固區(qū)采用有機膠、非錨固區(qū)采用無機砂漿這種粘結劑布置方案的有效性。 研究結果表明，耐高溫樹脂基BFRP筋在350°C仍能保持70%左右的拉伸強度及95%以上的彈性模量；與普通乙烯基BFRP筋相比，耐高溫乙烯基BFRP筋具有更好的耐高溫性能。采用普通單模光纖即可進行高溫環(huán)境中FRP筋應變和溫度的監(jiān)測，基于試驗結果和已有模型擬合得到FRP嵌入筋的高溫本構模型。附加肋能顯著提高FRP筋與混凝土間的界面抗剪性能，于工程應用而言，附加肋將有助于減小結構中特殊位置處FRP筋的錨固長度。在耐高溫樹脂基BFRP筋嵌入式加固結構中設置局部防火保護措施是可行的，其耐火極限不低于甚至高于普通鋼筋混凝土梁。當防火層達到25mm以上時，BFRP梁構件的耐火極限能達到2h以上。新的粘結劑布置方案充分結合了無機粘結劑和有機粘結劑的優(yōu)點，可行并具有一定的經濟性。若合理選用無機砂漿，無需對全長混凝土梁底進行隔熱保護，依然能使加固梁的耐火極限不低于甚至高于普通鋼筋混凝土梁的耐火極限。研究結論對FRP筋加固及增強混凝土結構均具有理論意義和實踐指導價值。

針對纖維增強復合材料（FRP）嵌入式（NSM）加固鋼筋混凝土（RC）構件的耐火能力不足這一阻礙其在建筑結構中應用的瓶頸問題，項目重點解決材料和構件層面三個對象的關鍵科學問題，提出大幅提高FRP-NSM加固RC構件耐火能力的方法。通過采用高Tg溫度樹脂作為基體制備耐高溫樹脂基FRP筋，采用復合于FRP筋的耐高溫光纖測試筋中應變和截面溫度場，明確Tg溫度與FRP筋耐高溫性能的內在關系，建立耐高溫樹脂基FRP嵌入筋的殘余強度和彈性模量與高溫作用時間關系模型，運用圖像數字相關技術測試FRP錨固件全場位移，建立錨固區(qū)FRP筋-黏結膠-混凝土界面高溫黏結滑移關系，掌握FRP錨固區(qū)高溫下力學性能退化規(guī)律，進而開展梁板構件火災試驗，研究耐高溫樹脂基FRP筋NSM法加固RC構件火災下的力學行為，通過試驗和理論研究及數值模擬建立抗火設計參數表，為FRP-NSM加固RC構件的抗火設計和耐火性能定量評估提供依據。

內容簡介

纖維增強復合材料（FRP）片材加固鋼筋混凝土（RC）構件的疲勞性能及其耐久性是國內外土木建筑領域的前沿課題?！禙RP加固鋼筋混凝土構件的疲勞性能》主要介紹作者承擔的國家自然科學基金項目和廣東省自然科學基金項目的研究成果，主要內容包括：常幅載荷下FRP加固RC構件的疲勞性能、隨機載荷下FRP加固RC構件的疲勞性能、預應力FRP加固RC構件的疲勞性能、環(huán)境溫度對FRP加固RC構件疲勞性能的影響、FRP加固RC構件疲勞主裂紋擴展、FRP加固RC構件疲勞損傷演化規(guī)律和FRP加固RC構件的疲勞壽命預測。

《FRP加固鋼筋混凝土構件的疲勞性能》可供土木工程、道路與橋梁工程、工程力學等專業(yè)的本科生和研究生，以及從事橋梁工程、工業(yè)民用建筑、工程力學、固體力學等領域的研究人員和技術人員參考。2100433B

纖維增強塑料（FRP）在工程加固中的應用日趨廣泛，但對于FRP加固銹蝕混凝土構件的研究卻仍處于探索階段，特別是此情況下的剝離破壞未見有相關研究報道。對于粘貼FRP加固的銹蝕鋼筋混凝土受彎構件，無論直接粘貼或置換銹脹保護層后再加固，均會因存在銹脹裂縫或新老混凝土結合面而在靠近縱筋位置形成薄弱面，對潛在的FRP剝離破壞形式產生巨大影響。本項目采用試驗手段，結合有限元分析方法以及彈性力學與斷裂力學理論，對此存在削弱界面情況下的FRP端部剝離、中部剝離及主斜裂縫剝離展開深入研究，主要內容包括保護層剝離的破壞機理與發(fā)生條件、縱筋削弱界面對剝離破壞影響、以及剝離對加固構件受力性能影響。通過研究建立FRP加固銹蝕構件的剝離強度計算模型，以及基于剝離極限狀態(tài)的構件承載力計算方法，并給出FRP加固銹蝕鋼筋混凝土構件的合理施工技術方法、注意事項及構造措施，為FRP在銹蝕鋼筋混凝土結構中的應用奠定基礎。