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传统混凝土结构在海洋环境中会面临钢筋锈蚀、结构使用寿命减少等重大安全隐患。玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有耐腐蚀、比强度高、抗疲劳等优点,可以提高海洋环境中混凝土结构的使用寿命。将BFRP 筋与钢筋同时作为增强材料,形成BFRP 筋-钢筋混合配筋构件,可以结合BFRP筋与钢筋的优势,有望解决传统混凝土结构在海洋环境中耐久性不足的问题。但是,钢筋在海洋环境中有锈蚀风险,BFRP筋有拉伸模量小的缺点,保证耐久性与结构性的同步提升是研究BFRP筋-钢筋混合配筋形式的关键。针对上述问题,本文对 BFRP 筋-钢筋混合配筋混凝土柱的静力性能和耐久性进行测试研究,具体的研究内容如下:
(1)对BFRP筋和钢-连续纤维复合筋 (Steel-FRP Composite Bar, 下文简称SFCB)在55℃下3种腐蚀环境中的拉伸性能退化规律进行了试验研究。腐蚀环境包括:人工海水溶液干湿循环,人工海水干湿循环+混凝土包裹,盐碱混合溶液浸泡,腐蚀龄期设定为40天,80天,120天。结果显示:在3种腐蚀环境中,BFRP筋的强度保留率比SFCB高;腐蚀环境由弱到强排序均为:人工海水干湿循环<人工海水干湿循环+混凝土包裹<盐碱溶液浸泡;在各种腐蚀环境中,SFCB屈服强度基本保持稳定。
(2)对不同配筋形式的BFRP筋-钢筋混合配筋混凝土柱试件进行试验,记录承载力,挠度,最大裂缝宽度等。结果表明:对于 BFRP 筋-钢筋混合配筋混凝土柱,在大偏心受压工况下的极限承载力会随着BFRP筋的替代率(等刚度代换)的增加而增加,但极限承载力提高有限;对于 BFRP 筋-钢筋混合配筋混凝土柱,选用直径较小的 BFRP 筋作为受拉纵筋,能减小最大裂缝宽度;与钢筋混凝土柱对比,SFCB增强混凝土柱试件能保持较好的承载力与裂缝控制能力。
(3)对4种不同配筋形式的混凝土柱在55℃人工海水干湿循环的环境中展开耐久性试验,腐蚀龄期为3个月和6个月。配筋形式包括钢筋混凝土柱对照组,BFRP筋-钢筋混合配筋混凝土柱,BFRP筋-BFRP网格-钢筋混合配筋混凝土柱和SFCB增强混凝土柱。结果表明,腐蚀过后,各试件抗弯刚度有所提升,最大裂缝宽度减小;对比以上配筋方式,SFCB增强混凝土柱试件具有良好的耐久性 。
(1)对BFRP筋和钢-连续纤维复合筋 (Steel-FRP Composite Bar, 下文简称SFCB)在55℃下3种腐蚀环境中的拉伸性能退化规律进行了试验研究。腐蚀环境包括:人工海水溶液干湿循环,人工海水干湿循环+混凝土包裹,盐碱混合溶液浸泡,腐蚀龄期设定为40天,80天,120天。结果显示:在3种腐蚀环境中,BFRP筋的强度保留率比SFCB高;腐蚀环境由弱到强排序均为:人工海水干湿循环<人工海水干湿循环+混凝土包裹<盐碱溶液浸泡;在各种腐蚀环境中,SFCB屈服强度基本保持稳定。
(2)对不同配筋形式的BFRP筋-钢筋混合配筋混凝土柱试件进行试验,记录承载力,挠度,最大裂缝宽度等。结果表明:对于 BFRP 筋-钢筋混合配筋混凝土柱,在大偏心受压工况下的极限承载力会随着BFRP筋的替代率(等刚度代换)的增加而增加,但极限承载力提高有限;对于 BFRP 筋-钢筋混合配筋混凝土柱,选用直径较小的 BFRP 筋作为受拉纵筋,能减小最大裂缝宽度;与钢筋混凝土柱对比,SFCB增强混凝土柱试件能保持较好的承载力与裂缝控制能力。
(3)对4种不同配筋形式的混凝土柱在55℃人工海水干湿循环的环境中展开耐久性试验,腐蚀龄期为3个月和6个月。配筋形式包括钢筋混凝土柱对照组,BFRP筋-钢筋混合配筋混凝土柱,BFRP筋-BFRP网格-钢筋混合配筋混凝土柱和SFCB增强混凝土柱。结果表明,腐蚀过后,各试件抗弯刚度有所提升,最大裂缝宽度减小;对比以上配筋方式,SFCB增强混凝土柱试件具有良好的耐久性 。