耐高溫樹脂基FRP筋嵌入式加固RC構(gòu)件火災(zāi)下力學(xué)行為研究中文摘要

針對纖維增強復(fù)合材料（FRP）嵌入式（NSM）加固鋼筋混凝土（RC）構(gòu)件的耐火能力不足這一阻礙其在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的瓶頸問題，項目重點解決材料和構(gòu)件層面三個對象的關(guān)鍵科學(xué)問題，提出大幅提高FRP-NSM加固RC構(gòu)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(fù)合于FRP筋的耐高溫光纖測試筋中應(yīng)變和截面溫度場，明確Tg溫度與FRP筋耐高溫性能的內(nèi)在關(guān)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(guān)系模型，運用圖像數(shù)字相關(guān)技術(shù)測試FRP錨固件全場位移，建立錨固區(qū)FRP筋-黏結(jié)膠-混凝土界面高溫黏結(jié)滑移關(guān)系，掌握FRP錨固區(qū)高溫下力學(xué)性能退化規(guī)律，進(jìn)而開展梁板構(gòu)件火災(zāi)試驗，研究耐高溫樹脂基FRP筋NSM法加固RC構(gòu)件火災(zāi)下的力學(xué)行為，通過試驗和理論研究及數(shù)值模擬建立抗火設(shè)計參數(shù)表，為FRP-NSM加固RC構(gòu)件的抗火設(shè)計和耐火性能定量評估提供依據(jù)。

針對FRP嵌入式加固RC構(gòu)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(gòu)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(yīng)變，提出了采用分布式光纖傳感技術(shù)。其次，提出了一種低成本的設(shè)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(jié)性能，并開展了界面粘結(jié)試驗。最后，開展了耐高溫樹脂基FRP筋嵌入式加固RC梁構(gòu)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(gòu)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(jié)劑布置方案的有效性。 研究結(jié)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(jìn)行高溫環(huán)境中FRP筋應(yīng)變和溫度的監(jiān)測，基于試驗結(jié)果和已有模型擬合得到FRP嵌入筋的高溫本構(gòu)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(yīng)用而言，附加肋將有助于減小結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中設(shè)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(dāng)防火層達(dá)到25mm以上時，BFRP梁構(gòu)件的耐火極限能達(dá)到2h以上。新的粘結(jié)劑布置方案充分結(jié)合了無機粘結(jié)劑和有機粘結(jié)劑的優(yōu)點，可行并具有一定的經(jīng)濟性。若合理選用無機砂漿，無需對全長混凝土梁底進(jìn)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(jié)論對FRP筋加固及增強混凝土結(jié)構(gòu)均具有理論意義和實踐指導(dǎo)價值。

內(nèi)容簡介

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

《FRP加固鋼筋混凝土構(gòu)件的疲勞性能》可供土木工程、道路與橋梁工程、工程力學(xué)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(xué)、固體力學(xué)等領(lǐng)域的研究人員和技術(shù)人員參考。2100433B

纖維增強塑料（FRP）在工程加固中的應(yīng)用日趨廣泛，但對于FRP加固銹蝕混凝土構(gòu)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(guān)研究報道。對于粘貼FRP加固的銹蝕鋼筋混凝土受彎構(gòu)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(jié)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(chǎn)生巨大影響。本項目采用試驗手段，結(jié)合有限元分析方法以及彈性力學(xué)與斷裂力學(xué)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(nèi)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(gòu)件受力性能影響。通過研究建立FRP加固銹蝕構(gòu)件的剝離強度計算模型，以及基于剝離極限狀態(tài)的構(gòu)件承載力計算方法，并給出FRP加固銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的合理施工技術(shù)方法、注意事項及構(gòu)造措施，為FRP在銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。