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碱、盐环境下FRP筋抗压强度耐久性及FRP筋与钢筋混杂配筋混凝土柱偏压试验研究

高伟男  
【摘要】:纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)筋是一种新型复合材料,具有良好的耐久性和较高的力学性能,在土木工程领域有广阔的应用前景。然而目前对其在腐蚀环境下抗压性能变化规律缺乏研究。此外,将FRP筋和钢筋混杂配置于混凝土柱中,可以充分发挥两者的优良性能,达到减轻结构自重、提高结构耐久性的目的,具有重要研究意义。为了研究温度、应力水平等因素对FRP筋在碱、盐环境下抗压强度衰减规律的影响,将FRP筋分别置于60°C和25°C的碱、盐溶液进行加速腐蚀试验,然后测定其抗压强度衰减规律。60°C下FRP筋的压应力水平分别为0%、20%和40%,腐蚀时间分别为10d、21d、42d;25°C下FRP筋压应力水平为0%,腐蚀时间分别为36d、64d、100d。通过观察腐蚀前后FRP筋表面形貌的变化,看出:FRP筋表面侵蚀程度随腐蚀时间的增加而增加;同条件下,碱溶液对FRP筋的表面侵蚀程度要大于盐溶液。对腐蚀后的FRP筋进行抗压强度试验,结果表明:应力和温度的提高,加速了FRP筋抗压强度的退化,在60°C碱溶液下腐蚀42d后,应力水平为0%和40%的玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋、玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋和碳纤维增强聚合物(CFRP)筋抗压强度分别下降了31.8%、43.6%、51.5%和44.2%、54.8%、57.1%,60°C盐溶液中腐蚀42d,应力水平为0%和40%的GFRP、BFRP和CFRP筋抗压强度分别下降了22.2%、31.8%、18.1%和29.0%、37.2%、23.5%。基于菲克定律,提出了考虑应力水平、温度和腐蚀时间的FRP筋抗压强度预测模型,该模型可用于预测FRP筋在实际工况下抗压强度衰减规律。此外,为了研究偏心距、配筋率和混杂配筋面积比对混凝土柱破坏形式、侧向挠度和正截面承载力的影响,对6根钢筋与FRP筋混杂配筋混凝土柱进行了偏心受压试验。试验表明:混杂配筋柱具有较高承载力,构件破坏前FRP纵筋和箍筋保持完好并发挥其增强作用;柱最终破坏形式均为混凝土压碎破坏;加载过程中钢筋和FRP纵筋与混凝土粘结良好,截面应变分布符合平截面假定;同级荷载下,混杂配筋柱的侧向挠度随着偏心距和混杂配筋面积比(FRP筋与钢筋配筋面积之比)的增大而增大,随配筋率增大而减小;合理配筋的混杂配筋柱受拉FRP纵筋强度发挥较高,使柱获得较好延性。基于平截面假定,给出了混杂配筋混凝土柱正截面承载力实用计算方法,该方法计算精度较高,可供设计参考。


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