氯离子环境中预应力FRP加固RC受弯构件疲劳失效机理研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11672076
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A0812.实验固体力学
- 结题年份:2020
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:郭永昌; 谢灵; 杨飞; 黄昆泓; 薛凌峰; 张洹; 孙明炜; 李自坚;
- 关键词:
项目摘要
The bridges in service would deteriorate due to the interaction of chloride corrosion and fatigue loading in the coastal areas. Thus, it has an important guiding significance for the actual engineering project to study the failure mechanism of reinforced concrete (RC) component flexurally strengthened with prestressed fiber reinforced polymer (FRP) laminates under complex conditions. In this study, a new type of two-step corrosion test is designed for FRP-concrete joint interface, and a series of tests are conducted to measure the strain field of the FRP-concrete interface by 3D digital image correlation method. Taking account to the effect of the second corrosion, a degradation model of interface bonding is established. In addition, a series of two-step corrosion tests for RC beam strengthened with prestressed FRP are conducted. By using the technology of fiber bragg grating monitoring, the evolution of FRP prestress loss of the strengthening system in the chloride corrosion environment are studied. Based on the fatigue test of the strengthened beams after the second corrosion, the initiation and the propagation of fatigue cracks are tracked by 3D digital image correlation method and infrared detection technique, and a propagation model of the fatigue crack is established, the main parameters of which include interface fracture energy and energy release rate. Then, the relationship between the level of corrosion and fatigue damage is explored. Based on this relationship, the fatigue failure mechanism of RC beam strengthened with prestressed FRP is revealed in chloride environment, and the prediction method of the fatigue life is proposed. This study is benefit for the RC components flexurally strengthened with prestressed FRP to optimize the technological parameters and improve the reliability in the coastal areas.
沿海地区在役桥梁要经受氯离子侵蚀和疲劳荷载的共同作用,研究复杂因素作用下预应力纤维增强复合材料(FRP)片材加固钢筋混凝土(RC)受弯构件的损伤失效问题对实际工程具有重要意义。本项目设计和实施FRP-混凝土搭接界面的二次腐蚀实验,利用3D数字图像相关法测量界面应变场,建立计及二次腐蚀影响界面粘结退化模型;开展预应力FRP加固RC梁的二次腐蚀实验研究,结合光纤布拉格光栅监测技术,探索加固系统在氯离子腐蚀环境中FRP预应力的损失规律;实施加固梁二次腐蚀后疲劳实验,结合3D数字图像相关法和红外探测技术,监测疲劳裂纹萌生及扩展速率,建立以界面断裂能和能量释放率为参数的疲劳裂纹扩展模型;探索不同腐蚀等级与疲劳损伤之间的关联性,揭示氯离子环境条件下预应力FRP加固RC梁的疲劳失效机理,并提出疲劳寿命预测方法。本项目的研究有助于沿海地区预应力加固RC受弯构件工艺参数的优化和可靠性的改善。
结项摘要
沿海地区在役桥梁要经受氯离子侵蚀和疲劳荷载的共同作用,造成其钢筋混凝土(RC)构件长期服役后出现钢筋锈蚀、混凝土开裂和保护层剥落等损伤,导致这些结构存在一定的安全隐患。从延长桥梁结构寿命,降低维护成本的角度出发,有必要研究和发展一种既能够长期耐腐蚀、又便于施工的加固方法。近年来发展起来的预应力纤维增强复合材料(FRP)技术,它将FRP材料性能优点和预应力技术的长处结合在一起,能更好地发挥FRP片材的高强抗拉性能,是一种有前途的加固方法。然而,从现有的文献来看,国内外对预应力FRP加固腐蚀RC受弯构件的研究还相当欠缺,极大限制了该项加固技术在沿海地区中推广与应用。因此,开展氯离子环境条件下预应力FRP加固RC受弯构件疲劳失效机理的研究,既有重要的科学意义,又有实用的工程价值。. 本项目首先开展了FRP-混凝土界面组成材料在氯盐环境下的耐久性研究,包括FRP材料、环氧树脂和混凝土;设计和实施了FRP-混凝土搭接界面的二次腐蚀实验,建立计及二次腐蚀影响界面粘结退化模型;开展了预应力FRP加固RC梁的二次腐蚀实验研究,探索加固系统在氯离子腐蚀环境中FRP预应力的损失规律;实施加固梁二次腐蚀后疲劳实验,探明了界面疲劳裂纹扩展规律;探索了氯离子环境条件下预应力FRP加固RC梁的疲劳失效机理,并提出疲劳寿命预测方法。研究结果表明:FRP弹性模量随着腐蚀时间并无明显变化,然而由于浸渍树脂的水解,纤维与树脂界面出现损伤,致使FRP的抗拉强度和延伸率会随暴露时间明显下降,但其耐久性大幅优于钢材;氯离子环境会加速界面疲劳裂纹的扩展速率,界面裂纹扩展主要分为3个阶段:快速扩展、稳定扩展以及失稳扩展;氯盐环境暴露会导致加固构件疲劳破坏从混凝土层剥离向胶层剥离或FRP断裂的模式进行转变;利用本研究提出的自锚式技术,能避免加固构件的剥离破坏,同时能较好控制FRP板预应力损失,其放张后预应力损失约10%;利用本研究提出的模型能较好的预测海洋环境下预应力FRP加固RC受弯构件的承载力和疲劳寿命。
项目成果
期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Effect of the chloride environmental exposure on the flexural performance of strengthened RC beams with self-anchored prestressed CFRP plates
氯化物环境暴露对自锚式预应力CFRP板加固RC梁抗弯性能的影响
- DOI:10.1016/j.engstruct.2020.111718
- 发表时间:--
- 期刊:Engineering Structures
- 影响因子:5.5
- 作者:Muwang Wei;Jianglin Li;JianheXie;Chenyu Xiang;Peiyan Huang
- 通讯作者:Peiyan Huang
Experimental study on fatigue behavior of BFRP-concrete bond interfaces under bending load
弯曲荷载作用下BFRP-混凝土粘结界面疲劳性能试验研究
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:Shock and Vibration
- 影响因子:1.6
- 作者:Jianhe Xie;Jianglin Li;Zhongyu Lu;Huan Zhang
- 通讯作者:Huan Zhang
Fatigue behavior of the basalt fiber-reinforced polymer/concrete interface under wet-dry cycling in a marine environment
海洋环境中干湿循环下玄武岩纤维增强聚合物/混凝土界面的疲劳行为
- DOI:10.1016/j.conbuildmat.2019.117065
- 发表时间:2019
- 期刊:Construction and Building Materials
- 影响因子:7.4
- 作者:Jianhe Xie(谢建和);Muwang Wei;Peiyan Huang;Huan Zhang;Pingshan Chen
- 通讯作者:Pingshan Chen
Bond-slip behaviors of BFRP-to-concrete interfaces exposed to wet/dry cycles in chloride environment
氯化物环境中湿/干循环下 BFRP 与混凝土界面的粘结滑移行为
- DOI:10.1016/j.compstruct.2019.03.049
- 发表时间:2019
- 期刊:Composite Structures
- 影响因子:6.3
- 作者:Muwang Wei;Jianhe Xie(谢建和);Huan Zhang;Jianglin Li
- 通讯作者:Jianglin Li
Durability of CFRP sheets and epoxy resin exposed to natural hygrothermal or cyclic wet-dry environment
暴露于自然湿热或干湿循环环境下的CFRP片材和环氧树脂的耐久性
- DOI:10.1002/pc.24687
- 发表时间:2019
- 期刊:Polymer Composites
- 影响因子:5.2
- 作者:Jianhe Xie(谢建和);Zhongyu Lu;Yongchang Guo;Yaohong Huang
- 通讯作者:Yaohong Huang
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其他文献
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