氯离子与荷载耦合作用下GFRP长期力学性能研究

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纤维聚合物复合材料(FRP)能克服传统材料的诸多缺点,具有耐腐蚀、轻质高强、维护费用低及全寿命费用低等特点,在过去30年中已成功应用在新建和改造的结构中。其中玻璃纤维增强复合材料(GFRP)由于产量较大、经济性好在复合材料土木工程领域的应用占主体地位。纤维增强复合材料是一种粘弹性材料,长期荷载作用下纤维将在强度较弱或应力较大处发生断裂。在腐蚀环境和应力共同作用下GFRP腐蚀机理的复杂性、长期的腐蚀积累数据的缺少等都制约了GFRP在海洋领域的应用。  本研究主要内容包括:⑴通过在氯离子环境中浸泡不同试验周期后,测试GFRP吸湿率,研究GFRP在不同应力水平下吸湿的规律,结合SEM电镜扫描,探讨了其吸湿机理。⑵分别在大气环境和氯离子腐蚀环境中开展了GFRP拉伸蠕变试验研究,研究GFRP蠕变规律及应力水平、环境等各因素对蠕变性能的影响。在现有复合材料蠕变模型基础上,引入应力因子,分别得出GFRP在大气环境和氯离子腐蚀环境中的蠕变预测公式。⑶经过不同试验周期测试氯离子与荷载耦合作用下GFRP的拉伸力学性能,研究其力学性能退化规律及影响因素。以粘弹性力学为基础,考虑应力水平,经过回归分析等方法得出氯离子与荷载耦合作用下GFRP强度和模量预测模型。⑷以复合材料经典层合梁理论为基础,将上述耦合环境中得到的GFRP拉伸力学性能预测模型用于计算复合材料层合梁长期弯曲挠度,推导出氯离子环境中GFRP层合梁长期荷载作用下时变挠度函数。开展氯离子环境下GFRP层合梁三点弯长期试验,测得不同试验周期下的挠度值,将试验值与理论值对比,验证GFRP层合梁时变挠度函数的准确性。
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