CC和CFRP联合约束锈蚀钢筋混凝土短柱轴压力学性能研究

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西部地区的房屋建筑、桥梁及水工建筑等混凝土结构均受到大量氯离子及硫酸根离子的侵蚀。纤维增强复合材料(Fibre-reinforced Polymer,FRP)具有厚度小、抗拉强度高、提高结构承载力等优点,在结构加固工程应用中得到广泛关注。但有研究发现,FRP的粘结胶会受侵蚀老化使得腐蚀性介质侵入混凝土内部。混凝土帆布(Concrete Canvas,CC)加固是将水泥粉置于帆布中,而后将其覆盖在构件表面洒水硬化形成保护性薄层的一种加固方法,具有密实度高、抗侵蚀及施工方便等优点。为了增加钢筋混凝土结构的抗腐蚀能力,本文将采用碳纤维增强复合材料(CFRP)与混凝土帆布(Concrete canvas,CC)新型联合的约束方式,这种约束方式不仅可以抵抗腐蚀介质的侵入,减缓腐蚀过程,还可以提高钢筋混凝土柱的轴压承载力和延性。本课题通过电化学加速锈蚀法来模拟西部盐水环境(Na Cl盐水)对钢筋混凝土柱的锈蚀损伤。以不同锈蚀率(5%、10%)、体积配箍率、CC包裹层数及CFRP包裹层数(0、1、2、3层)为参数变量,进行CC与CFRP联合约束锈蚀钢筋混凝土短柱轴心受压试验研究。研究结果表明:(1)从破坏形态上分析:锈蚀后的试件表面伴随着明显的锈蚀物产出,并出现微小裂缝。CC的存在一定程度上减缓了局部失效,使试件具备更优的塑性变形能力,延性大大提高。纤维拉断时表现的声音较为沉闷,纤维撕裂表现为“丝绒”状;(2)从研究结果上分析:相同情况下,CFRP与CC联合约束试件的峰值应力与单独CFRP约束试件相差10%左右,其峰值应变得到大幅度提高,其中1层、2层及3层联合约束钢筋混凝土试件,在5%锈蚀率的条件下,试件峰值应变分别提高73.3%、70.8%及72.2%,在10%锈蚀率的条件下,试件峰值应力分别72.4%、92.8%及96.2%。锈蚀后的钢筋提供的强度在整个试件中占比减小,试件的峰值应力随之减小,极限应变增大。随着体积配箍率的增加,核心混凝土受到更好的约束,试件峰值应力得到小幅度增加,极限应变有较大增幅,证明联合约束这种新型加固方法合理可行;(3)模型建立:基于现行的峰值应力应变计算模型并结合试验结果,提出了适合联合约束试件的峰值应力及峰值应变模型,计算模型精度良好,可为后续研究提供基础。
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