氯盐环境下BFRP板-混凝土界面粘结性能试验研究.pdf
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1、分类号TU375.1UDC _密级-专业学位硕士学位论文氯盐环境下BFRP板-混凝土界面 粘结性能试验研究学科专业 建筑与土木工程 氯盐环境下BFRP板-混凝土界面粘结性能试验研究摘要玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有较好的性价比,具有轻质高强、耐腐蚀性 优良、抗疲劳性能好以及施工便捷等突出优势,在加固中得到了较多的应用。在沿海高 盐高湿环境下,氯离子侵蚀将导致BFRP材料的老化和混凝土结构的破坏。因此,BFRP 加固混凝土结构的耐久性能逐渐成为研究的热点。基于上述问题,本文采用氯盐溶液浸 泡和干湿循环等试验方法,对BFRP板和结构胶等材料的耐久性能以及经历盐环境侵蚀 和干湿循环作用后BF
2、RP板与混凝土界面的静力和疲劳性能与破坏特征开展研究。主要 研究工作如下:(1)对混凝土、结构胶和BFRP板在氯盐环境下的耐久性能开展了试验研究,研 究表明:在浓度为5.0%的NaCl盐溶液中浸泡180 d后混凝土立方体抗压强度最大降幅 为13.6%,混凝土弹性模量基本未受影响;随着氯盐浸泡时间的增长和氯盐溶液浓度的 提高,结构胶抗拉强度整体呈现下降的趋势,抗拉强度最多下降了 25.3%;BFRP板在 氯盐环境下浸泡60天以内,其抗拉强度下降速率较明显,但弹性模量变化不明显。(2)对梁式搭剪试件开展了氯盐环境下的老化试验,考察了氯盐溶液浓度和干湿 循环对BFRP板-混凝土界面粘结性能的影响。研
3、究表明:在浓度为5.0%的NaCl盐溶液 中浸泡180d后,梁式搭剪试件的极限承载力最大降幅约10.1%;在经历90次的干湿循 环作用后,试件的承载力随着干湿循环次数的增加呈上升趋势,破坏面逐渐由梁底混凝 士向BFRP板-混凝土的界面胶层发展。(3)对经历氯盐侵蚀和干湿循环作用的梁式搭剪试件开展了疲劳加载试验,考察 了老化后BFRP板加固混凝土的疲劳性能。研究结果表明:试件的疲劳寿命随着应力水 平的升高而降低;随着浸泡时间的增长和氯盐浓度的提高,试件的最终破坏形态由 BFRP-混凝土界面破坏向混凝土剪切破坏发展。(4)对配筋混凝土梁式搭剪试件开展了氯盐干湿循环老化试验,考察老化后BFRP 板与
4、混凝土界面耐久性能的影响。研究表明:随着干湿循环次数的增加,梁式搭剪试件 的承载力和BFRP板与混凝土间局部粘结峰值剪应力均呈现先上升后下降的趋势。本文的研究结论可为BFRP加固钢筋混凝土结构的耐久性能设计提供参考和依据。关键词:玄武岩纤维增强复合材料(BFRP);加固;盐环境;耐久性能;粘结性能;疲劳破坏IIExperimental study on bond performance of BFRP plate and concrete in salt environmentABSTRACTBFRP plate has many o utstanding advantages,includi
5、ng better co st perfo rmance,light weight,high strength,excellent co rro sio n resistance,go o d fatigue resistance,co nvenient co nstructio n and so o n.It has been widely used in the field o f reinfo rcement.At the same time,the chlo ride io n ero sio n will lead to the aging o f the material and
6、the destructio n o f the co ncrete structure under the co nditio n o f high salinity and humidity in the co astal area.Therefo re,the durability o f BFRP reinfo rced co ncrete structures has gradually beco me the fo cus o f research.Based o n the abo ve pro blems,this paper ado pts the metho ds o f
7、test fo r chlo ride salt so lutio n so aking and dry-wet circulatio n,study o n durability o f materials such as BFRP plate and structural adhesive,The static and fatigue pro perties and failure characteristics o f BFRP plate to co ncrete interface were studied after salt enviro nmental ero sio n an
8、d dry wet cycling,the main research wo rk is as fo llo ws:(1)The results o f the experimental study o n the durability o f co ncrete,structural adhesive and BFRP plate under enviro nment o f chlo ride sho wed that the cube co mpressive strength decreased by 13.6%after so aking fo r 180 days in a NaC
9、l so lutio n o f 5%co ncentratio n,it has no effect o n the elastic mo dulus o f co ncrete;with the increase o f so aking time and the co ncentratio n o f chlo ride,the tensile strength o f the structural adhesive sho wed a decreasing trend,and the tensile strength decreased by 25.3%;when the BFRP p
10、late was immersed in chlo ride enviro nment fo r 60 days,the tensile strength decreased o bvio usly,and the chlo ride enviro nment had no effect o n the elastic mo dulus o f BFRP plate.(2)The weathering test o f the beam shear specimens under chlo ride enviro nment was carried o ut,the influence o f
11、 slate so lutio n co ncentratio n and dry wet cycle o n the durability o f BFRP plate and co ncrete interface was investigated.Research sho ws:the ultimate bearing capacity decreased by 10.1%after so aking fo r 180 days in NaCl salt so lutio n at a co ncentratio n o f 5.0%,after 90 times o f the dry
12、-wet circulatio n ro le,the bearing capacity o f HIthe specimen is increasing with the increase o f dry-wet cycles,the failure patterns gradually develo pment fro m the bo tto m o f the beam to the BFRP plate-co ncrete interface.(3)Fatigue lo ading tests o f beam shear specimens subjected to chlo ri
13、de ero sio n and dry wet cycle were carried o ut to investigate the fatigue pro perties o f reinfo rced co ncrete strengthened with BFRP plates after aging.Research sho ws:The fatigue life o f specimens decreases with the increase o f stress level;with the increase o f so aking time and the co ncent
14、ratio n o f chlo ride,the final failure patterns o f the specimen is develo ped by the failure o f BFRP-co ncrete interface to shear failure o f co ncrete.(4)The aging test o f chlo rine salt dry and wet cycle was carried o ut o n the reinfo rced co ncrete beam shear test specimen,and the influence
15、o f BFRP plate and co ncrete interface durability was investigated.Research sho ws:with the increase o f dry and wet cycles,the bearing capacity o f the beam shear specimens and the lo cal bo nd peak shear stress between the BFRP plate and the co ncrete all rise first and then decrease.The co nclusi
16、o ns o f this paper can pro vide reference and basis fo r the durability design o f reinfo rced co ncrete structures strengthened with BFRP.Keywords:BFRP plate;Strengthening;salt enviro nment;durability;bo nding perfo rmance;fatigue failureIV目录摘要.IABSTRACT.Ill目录.V第一章绪论.11.1 课题研究背景.11.2 国内外研究现状及分析.31
17、.2.1 侵蚀环境作用下FRP材料耐久性能的研究现状.31.2.2 侵蚀环境作用下混凝土耐久性能的研究现状.61.2.3 侵蚀环境下FRP-混凝土界面粘结性能研究.7.熏1.2.4 FRP-混凝土界面粘结疲劳性能研究.101.3 本文研究的主要内容.11第二章氯盐环境下材料耐久性试验研究.132.1 引言.132.2 试验概况.132.2.1 试验环境条件.132.2.2 混凝土试块的设计与制作.15223 BFRP试件的设计与制作.162.2.4 结构胶试件的设计与制作.172.3 试验及结果分析.192.3.1 混凝土立方体抗压强度试验及其结果分析.192.3.1 1混凝土立方体抗压强度试
18、验.192.3.1.2 混凝土轴心抗压强度和弹性模量试验.192.3.1.3 混凝土劈裂抗拉强度试验.192.3.1.4 试验结果及其分析.202.3.2 BFRP试件拉伸试验及其结果分析.252.3.2.1 试验加载方式和测定内容.25V2.322 破坏形态.262.323 试验结果及分析.272.3.3结构胶试验及其结果分析.352.3.3.1 试验加载方式和测试内容.35233.2破坏 形态.362.3.3.3 试验结果及分析.362.4本章小结.40第三章 氯盐环境下BFRP板-混凝土界面粘结耐久性试验研究.423.1 引言.423.2 试验概况.423.2.1 试验材料.423.2.
19、2 梁式搭剪试件设计及制备.433.2.3 试验装置.473.2.4 静力加载方案及数据采集.473.3 试验结果及分析.493.3.1 破坏类型.493.3.2 试验现象.493.321 氯盐浸泡环境作用下试验现象.493.322 氯盐干湿循环环境作用下试验现象.513.323 破坏形态分析.523.3.3极限承载力.533.3.3.1氯盐浸泡环境作用下极限承载力.53333.2 氯盐干湿循环环境作用下极限承载力.54334应变沿长度方向的分布.563.3.4.1氯盐浸泡环境作用下应变沿长度方向的分布.563.342 氯盐干湿循环环境作用下应变沿长度方向的分布.573.3.5剪应力沿长度方向
20、的分布.58335.1氯盐浸泡环境作用下剪应力沿长度方向的分布.59VI3.3.5.2氯盐干湿循环环境作用下剪应力沿长度方向的分布.613.4本章小结.62第四章 氯盐环境下BFRP板-混凝土界面粘结疲劳试验研究.644.1 引言.644.2 试验方案.644.2.1 梁式搭剪试件制备和设计.644.2.2 疲劳加载方案及数据采集.654.3 疲劳试验结果及分析.664.3.1 试验现象.664.3.1.1 氯盐浸泡环境作用下试验现象.664.3.1.2 氯盐干湿循环环境作用下试验现象.714.3.1.3 破坏形态分析.734.3.2 疲劳寿命.754.3.2.1氯盐浸泡环境下试件疲劳寿命.7
21、543.2.1 氯盐干湿循环环境下试件疲劳寿命.754.3.3 峰值荷载作用下应变沿长度方向的分布.764.3.3.1氯盐浸泡环境侵蚀后峰值荷载作用下应变沿长度方向的分布76433.2 氯盐干湿循环环境侵蚀后峰值荷载作用下应变沿长度方向的分布.804.3.4 峰值荷载作用下界面剪应力沿长度方向的分布.814.3.4.1 氯盐浸泡环境侵蚀后峰值荷载作用下界面剪应力沿长度方向的分布.834.3.4.2 氯盐干湿循环环境侵蚀后峰值荷载作用下界面剪应力沿长度方向的分布.864.4 疲劳后静载分析.874.4.1 疲劳后极限承载力.874.4.2 疲劳后应变沿着长度方向的分布.884.4.3 疲劳后剪应
22、力沿着长度方向的分布.90VII4.5 本章小结.92第五章干湿循环条件下BFRP板-配筋混凝土界面粘结性能试验研究.945.1 引言.945.2 试验方案.945.2.1 试验材料选取.945.2.2 梁式搭剪试件设计及制备.955.2.3 加速腐蚀试验.955.2.4 试验装置和静力加载方案.965.3 试验结果及分析.975.3.1 试验现象.975.3.2 极限承载力.99533应变沿长度方向的分布.1005.3.4 剪应力沿长度方向的分布.1025.3.5 界面局部粘结-滑移曲线.1035.4 本章小结.106第六章结论与展望.1086.1 结论.1086.2 展望.109参考文献.
23、110致谢.114攻读学位期间发表论文情况.115VIII广西大学工程硕士学位论文氯盐环境下BFRP板-混凝土界面粘结性能试验研究第一章绪论1.1 课题研究背景自20世纪60年代起,钢筋混凝土梁桥在我国桥梁建设中得到了广泛的应用。截至 2017年,钢筋混凝土梁桥已成为广西现役近4000座公路桥梁中采用最广泛的桥梁结构 形式之一。其中混凝土是现代工程建设中应用最广泛的建筑材料mi,因为混凝土材料具 有耐久性好、耐火性好、整体性好、就地取材和可模性好等优点。随着社会的发展,尤 其是海洋工程的发展,其中钢筋混凝土梁桥在海洋工程结构中得到广泛应用HL随着钢 筋混凝土梁桥在经过长期运营使用过程中,钢筋混
24、凝土桥梁在其自身所处环境(海水潮 汐、海水浸泡、温度变化、冻融循环等)腐蚀老化作用下,会导致梁底表面混凝土出现 裂缝、钢筋锈蚀、梁肋产生竖向规则裂纹等损伤形式,使其产生局部损伤和结构性的缺 陷,从而导致钢筋混凝土梁桥的强度、刚度、稳定性、承载能力下降【见一旦发生这类 问题,最直接的选择是将原结构构件直接拆除,重新浇筑新构件,如旧桥往往采用更换 新构件的方法叫而直接替换局部损伤构件或者重建均需要大量的资金投入,而且施工 工期长,同时在施工过程中还会造成长时间的交通拥堵;其次另外一种选择就是对局部 损伤的构件进行修复与加固口。处理。在梁桥具有可加固利用的前提下,替换和修复与加 固两种方案存在较大的
25、经济差异,对其进行加固补强处理具有更明显的经济效益,所以 修复与加固通常是一种合理可行的解决方法。目前工程中所采用的主要加固方法有/4粘贴钢板加固法和粘贴玻璃钢加固 法;增加损伤构件的截面尺寸加固法;体外预应力加固法;喷射混凝土技术 加固法;改变原结构受力体系,如增加支点加固法等;粘贴纤维增强复合材料(FiBer Reinfo rced Po lymer,简称FRP)法。上述前五种常规加固方法在过去的钢筋混凝 土梁桥结构构件加固中得到了广泛的应用,但同时也有增加结构尺寸、自重和不能很好 的与原结构结合在一起协同工作等很明显的缺点。鉴于前五种常规加固方法的诸多缺点,在上述方法中,FRP加固结构的
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