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人口的持续增长和城市的不断扩张使混凝土需求量逐年增加,混凝土的大量生产导致了对天然砂石骨料大量的消耗。将海砂和再生粗骨料应用于混凝土结构具有极大的社会和经济价值。
再生混凝土存在孔隙率大、吸水率大、界面过渡区薄弱等天然缺陷。而海砂混凝土由于Cl-含量较高,存在易被腐蚀、耐久性差等问题。针对这些问题,本文提出了GFRP约束纤维增强海砂再生混凝土这一组合结构。将短切纤维掺入再生混凝土中,可有效改善混凝土的力学性能和裂后变形性能。而FRP(纤维增强复合材料)以其质轻高强、耐腐蚀、可设计性强等优点在土木工程领域已被广泛利用。将两者结合起来,可有效避免钢筋的锈蚀问题,同时可大大提高构件的承载能力和变形能力。本文的主要研究内容包括:
(1)玻璃纤维增强海砂再生混凝土基本力学性能试验研究。以水灰比、纤维掺量和再生粗骨料取代率为变量,对24组(共216个试件)不同类别的海砂混凝土进行了立方体抗压、劈裂抗拉和轴心抗压试验,并获得了完整的应力-应变曲线。
(2)玻璃纤维增强海砂再生混凝土基本力学性能理论研究。再生混凝土立方体抗压强度与棱柱体抗压强度的换算系数为0.84,略高于普通混凝土。基于过镇海模型建立了不同纤维掺量不同取代率纤维增强海砂再生混凝土的本构关系,并采用应力截断法对抗压韧性进行了分析。
(3)复合材料力学性能基本理论研究及GFRP管材料性能试验研究。主要包括单层板五大工程弹性常数和五大基本强度力学指标的计算、不同方向单层板应力-应变关系的转换、单层板强度失效准则以及FRP层合板极限强度的计算。采用分离盘法对GFRP环进行拉伸试验,测得了弹性模量、抗拉强度等基本材料性能。
(4)GFRP约束纤维增强海砂再生混凝土柱轴压性能试验。以混凝土强度等级、GFRP层数、GFRP缠绕角度为变量,对42根圆形截面柱进行轴压试验。研究表明:随GFRP层数的增加,GFRP约束海砂再生骨料混凝土试件的强度和延性大大提高。不同纤维缠绕角度的试件破坏形态有较大差异;缠绕角度为60o的试件与80o试件相比极限应力有所降低,但延性增加了1.04倍。
(5)GFRP约束纤维增强海砂再生混凝土短柱轴压受力状态理论分析。从极限应力、极限应变、本构关系三个方面对比分析了各典型FRP约束普通混凝土模型理论计算结果与试验所得数值,最后基于经典模型建立了适用于GFRP约束海砂再生混凝土的极限状态方程和本构关系。并引入纤维缠绕角度这一变量运用统一理论法建立了约束构件轴压承载力计算公式。
再生混凝土存在孔隙率大、吸水率大、界面过渡区薄弱等天然缺陷。而海砂混凝土由于Cl-含量较高,存在易被腐蚀、耐久性差等问题。针对这些问题,本文提出了GFRP约束纤维增强海砂再生混凝土这一组合结构。将短切纤维掺入再生混凝土中,可有效改善混凝土的力学性能和裂后变形性能。而FRP(纤维增强复合材料)以其质轻高强、耐腐蚀、可设计性强等优点在土木工程领域已被广泛利用。将两者结合起来,可有效避免钢筋的锈蚀问题,同时可大大提高构件的承载能力和变形能力。本文的主要研究内容包括:
(1)玻璃纤维增强海砂再生混凝土基本力学性能试验研究。以水灰比、纤维掺量和再生粗骨料取代率为变量,对24组(共216个试件)不同类别的海砂混凝土进行了立方体抗压、劈裂抗拉和轴心抗压试验,并获得了完整的应力-应变曲线。
(2)玻璃纤维增强海砂再生混凝土基本力学性能理论研究。再生混凝土立方体抗压强度与棱柱体抗压强度的换算系数为0.84,略高于普通混凝土。基于过镇海模型建立了不同纤维掺量不同取代率纤维增强海砂再生混凝土的本构关系,并采用应力截断法对抗压韧性进行了分析。
(3)复合材料力学性能基本理论研究及GFRP管材料性能试验研究。主要包括单层板五大工程弹性常数和五大基本强度力学指标的计算、不同方向单层板应力-应变关系的转换、单层板强度失效准则以及FRP层合板极限强度的计算。采用分离盘法对GFRP环进行拉伸试验,测得了弹性模量、抗拉强度等基本材料性能。
(4)GFRP约束纤维增强海砂再生混凝土柱轴压性能试验。以混凝土强度等级、GFRP层数、GFRP缠绕角度为变量,对42根圆形截面柱进行轴压试验。研究表明:随GFRP层数的增加,GFRP约束海砂再生骨料混凝土试件的强度和延性大大提高。不同纤维缠绕角度的试件破坏形态有较大差异;缠绕角度为60o的试件与80o试件相比极限应力有所降低,但延性增加了1.04倍。
(5)GFRP约束纤维增强海砂再生混凝土短柱轴压受力状态理论分析。从极限应力、极限应变、本构关系三个方面对比分析了各典型FRP约束普通混凝土模型理论计算结果与试验所得数值,最后基于经典模型建立了适用于GFRP约束海砂再生混凝土的极限状态方程和本构关系。并引入纤维缠绕角度这一变量运用统一理论法建立了约束构件轴压承载力计算公式。