钢-碳纤维复合筋珊瑚混凝土梁受弯性能及界面应力传递机制研究

Based on the application of coral concrete in the construction of the South China Sea Island Reef and the major project of "the 21st Century Maritime Silk Road", bending performance and the interfacial stress transfer mechanism of coral concrete beam reinforced with steel - carbon fiber reinforced composites bar (SCFCB) are studied, concerning at the shortcoming of low stiffness, large deflection and poor strength utilization of FRP bar reinforcement coral concrete. Through theoretical analysis and experimental methods, the transfer law and influencing factors of the effective interfacial stress between three kinds of steel, CFRP and coral concrete materials under different stress levels are explored. The mathematical model of bond-slip between SCFCB and coral concrete based on the interfacial effective stress transfer is established. The mechanical behavior, the failure mode and mechanism of SCFCB reinforced coral concrete beams at different loading stages are studied. The influence of mechanical characteristic parameters and constitutive relation of SCFCB on SCFCB reinforced coral concrete beams is also revealed. finally, the analytical method and calculation model of stiffness, flexural bearing capacity and ductility of SCFCB coral concrete beams are established, which provides a scientific basis for analysis of mechanical properties and engineering application of FRP bar reinforcement coral concrete structure.

围绕珊瑚混凝土在南海岛礁建设以及“21世纪海上丝绸之路”重大工程中的应用，针对FRP筋珊瑚混凝土结构刚度低、挠度大和强度利用率低等缺点，开展钢-碳纤维复合筋(SCFCB)珊瑚混凝土梁的受弯性能及界面应力传递机制研究，通过理论分析和试验研究相结合的方式，阐述不同应力水平条件下，钢、CFRP、珊瑚混凝土三种材料之间界面有效应力的传递规律、影响因素，建立基于界面有效应力传递的SCFCB与珊瑚混凝土粘结滑移的数学模型；阐述SCFCB珊瑚混凝土梁在不同承载阶段的力学行为特征，破坏形态及破坏机理，揭示SCFCB力学特征参数、本构关系对SCFCB珊瑚混凝土梁受弯性能的影响；根据数值模拟、试验研究和理论分析结果，建立SCFCB珊瑚混凝土梁刚度、受弯承载力和延性的分析方法及计算模型，为FRP筋珊瑚混凝土结构的力学性能分析和工程应用提供理论基础。

针对FRP筋珊瑚混凝土结构刚度低、挠度大和强度利用率低等缺点，项目开展了钢-碳纤维复合筋(SCFCB)珊瑚混凝土梁的受弯性能及界面应力传递机制研究，共包括了SCFCB与珊瑚混凝土粘结性能试验研究、CFRP/SCFCB珊瑚混凝土梁受弯性能的试验研究、SCFCB珊瑚混凝土梁受弯性能分析及计算方法三大部分内容。试验研究过程中通过理论分析和试验验证相结合的方式，明确了珊瑚混凝土强度、SCFCB的埋置长度、直径、含钢率和表面特征等因素对粘结性能及破坏模式的影响，进一步建立考虑界面有效应力传递的SCFCB与珊瑚混凝土粘结滑移的数学表达式；阐述了CFRP筋珊瑚混凝土梁的受弯性能和破坏机理，明确了SCFCB力学特征对SCFCB珊瑚混凝土梁截面屈服弯矩、二次刚度、极限承载力、荷载-挠度关系、破坏形态的影响，并进一步分析SCFCB珊瑚混凝土梁受弯性能和破坏机理；阐述了不同应力水平条件下，钢、CFRP、珊瑚混凝土三种材料之间界面有效应力的传递规律、影响因素，建立了基于界面有效应力传递的SCFCB与珊瑚混凝土粘结滑移的数学模型；阐述了SCFCB珊瑚混凝土梁在不同承载阶段的力学行为特征，破坏形态及破坏机理，揭示了SCFCB力学特征参数、本构关系对SCFCB珊瑚混凝土梁受弯性能的影响；根据数值模拟、试验研究和理论分析结果，建立了SCFCB珊瑚混凝土梁极限承载力等分析方法及计算模型。项目研究成果为FRP筋珊瑚混凝土结构的力学性能分析和工程应用提供关键理论基础，同时有效推动FRP筋混凝土结构相关理论的发展，也为珊瑚混凝土相关耐久性问题的解决提供了新的途径。