荷载与海水耦合作用下CFRP网格箍筋增强混凝土梁耐久性研究

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钢筋混凝土梁在海洋环境中,不仅受到海水的浸泡,还受外荷载作用,且两者长期耦合存在。这两种作用会加速混凝土梁内钢筋的锈蚀,尤其是外侧的箍筋,将会导致混凝土梁强度与刚度退化,进而导致混凝土结构功能丧失,服役寿命降低。碳纤维增强复合材料(以下简称CFRP)网格是碳纤维通过浸润在具有良好耐腐蚀性的树脂中制作而成的一种具有良好耐腐蚀性和整体性能的新型材料。将CFRP网格箍筋代替传统钢箍筋,能够有效的提高钢筋混凝土结构的耐腐蚀性,提高服役寿命,可以更好地应用于海洋环境中。然而,目前尚未有荷载-海水腐蚀耦合作用下CFRP网格箍筋增强混凝土梁的长期耐久性能的研究。本文通过试验研究与理论分析相结合,研究荷载-海水浸泡耦合作用下CFRP网格箍筋混凝土梁的徐变性能及抗剪性能,具体研究内容如下:(1)通过变量为持荷水平(24%Pu、48%Pu)及浸泡时间(90 d、180 d)的四根混凝土梁徐变试验,研究了荷载-海水浸泡耦合作用下CFRP网格箍筋梁的徐变性能。研究结果表明:持荷水平越高,挠度达到稳定时间越晚,挠度值越大;混凝土梁徐变随耦合作用下时间先增长后稳定不变;修正后ACI209R预测模型的挠度计算结果与试验结果比较吻合,能够对短期荷载-海水浸泡耦合作用下CFRP网格箍筋梁变形规律进行准确地预测。(2)通过变量为持荷水平(0%Pu、24%Pu、48%Pu)及浸泡时间(0 d、90 d、180d、360 d)的八根混凝土梁,研究了荷载-海水浸泡耦合作用后CFRP网格箍筋梁的抗剪性能。研究结果表明:海水浸泡与持载不改变破坏模式;两种作用均会提高混凝土梁极限抗剪承载力;随着海水浸泡时间增长,混凝土强度持续增长,混凝土抗弯刚度先降低后升高,而梁整体塑性变形能力则与混凝土抗弯刚度呈现出相反的变化趋势,其经过一段时间的提高之后逐渐降低;耦合作用会降低箍筋应变发挥强度。(3)基于桁架-拱模型对荷载-海水浸泡耦合作用下CFRP网格箍筋梁抗剪性能进行理论分析,结合试验数据及已有的研究成果引入弹性模量修正系数及混凝土强度修正系数,得出荷载-海水浸泡耦合作用下CFRP网格箍筋混凝土梁的受剪承载力的计算公式,计算结果能够较好地偶合试验值。
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