寒冷气候融雪环境与荷载耦合作用下纳米/FRP增强预应力混凝土箱梁桥耐久性研究

严重暴雪和特大暴雪造成路网瘫痪，腐蚀性较强的融雪剂成为融雪首选材料，致使预应力混凝土箱梁桥受到侵蚀承载力降低，纤维复合材料能够有效提高结构的承载力和抗腐蚀性能，但加固后结构仍遭受冰雪环境融雪剂、疲劳荷载的影响，承载力继续退化、耐久性再次降低。如何提高此类结构受力性能，延长其使用寿命是即将面临的实际工程问题，亟待解决。.本项目旨在研究融雪环境（干湿交替、冻融循环、融雪剂）、疲劳荷载作用下FRP增强预应力混凝土箱梁桥损伤演变过程，明确环境因素与荷载的耦合效应，探明FRP增强预应力混凝土、桥面板及FRP增强预应力混凝土箱梁的时变规律和破坏机制；提出新型纳米/FRP增强预应力混凝土箱梁桥结构形式；探索融雪环境纳米/FRP增强预应力混凝土、复合材料界面力学特性；揭示冰雪环境与荷载耦合作用下纳米/FRP增强预应力箱梁桥劣化机理、破坏机制和耐久性。研究成果直接为预应力混凝土箱梁桥耐久性设计提供依据。

课题以寒冷气候融雪环境预应力混凝土箱梁桥为研究对象，以揭示寒冷气候融雪剂与荷载共同作用下纳米/FRP增强预应力混凝土箱梁桥承载力劣化过程和耐久性为研究目的，从材料层次、构件层次、结构层次等三个方面，通过试验与理论结合的手段开展了广泛研究，在以下方面有所创新或有新的认识：（1）材料层次：详细研究了纳米粘土对水泥基材料物理力学性能，基于XRD、SEM、TGA等分析手段从微观尺度揭示纳米粘土对水泥基材料的的改性机理；基于宏观、细观和微观尺度完成了低温、融雪剂环境、酸雨环境及荷载作用下纳米粘土混凝土及预应力混凝土力学性能的退化规律及其耐久性；研究了CFRP/混凝土界面耐久性；（2）构件层次：完成了120个标准圆柱体试件的拉拔试验，探讨了纳米粘土与钢筋之间粘结性能及耐久性实验研究；完成了纳米粘土混凝土、纤维混凝土与普通混凝土桥面板的承载力和耐久性；完成了11根CFRP增强混凝土构件耐久性试验研究，40根预应力混凝土梁及CFRP增强预应力混凝土梁耐久性试验研究，6根预应力混凝土箱型截面梁及CFRP增强预应力混凝土箱形梁耐久性研究；从理论上研究了负载梁二次加固界面应力分析。（3）结构层次：结合长山跨海大桥，实现了预应力混凝土梁桥的耐久性监测，建立了预应力混凝土箱形梁桥的耐久性监测系统，同时开展了实验室对比实验研究。