恶劣环境下FRP筋混凝土柱力学性能试验与破坏机理研究

With the widely application of FRP bars in concrete column, a systematic and comprehensive study on concrete column reinforced with FRP bars under severe environment has become the key factor to ensure the maximum performances of the materials. Firstly, aiming to the bond and slip between FRP bars and concrete, a new experimental method for bond-slip mechanism between FRP bars and concrete is proposed, and the strain distribution in FRP bars is accurately measured by implanting FBG (fiber Bragg grating) in the FRP bars, based on which, a constitutive law for bond-slip mechanism in FRP reinforced concrete is established, and the calculation of the anchorage length is formulated. Secondly, based on the analyze and study of mechanical behavior and failure mechanism, calculation formula for eccentric loading capacity of concrete column reinforced with FRP bars will be given. Finally, according to the actual engineering environment, the mechanical behavior of FRP bars and concrete column reinforced with FRP bars under different corrosive environment will be experimentally investigated, the deterioration of mechanical behavior of concrete column reinforced with FRP bars will be examined, and the calculation equations of load-bearing capacity of concrete column reinforced with FRP bars are presented. The goal is to have a new breakthrough and development in testing method of concrete reinforced with FRP bars, and provide experimental basis and theoretical basis for the structural design.

FRP筋混凝土柱的应用越来越广泛，深入地研究恶劣环境下的FRP筋混凝土柱的力学性能及破坏机理是充分发挥其材料性能的关键。首先针对FRP筋混凝土粘结滑移问题，提出研究FRP筋混凝土粘结滑移机理的试验新方法，通过在FRP筋中植入FBG（光纤光栅），精确量测FRP筋在不同受力条件下的应变分布，建立新的FRP筋混凝土的粘结滑移本构关系模型，给出锚固长度计算公式；其次，系统地研究FRP筋与FRP筋混凝土柱的力学性能和破坏机理，给出FRP筋混凝土柱偏心受压承载力计算公式；最后，开展长期荷载与恶劣环境因素耦合作用下的GFRP筋混凝土柱加速腐蚀试验研究，探讨在荷载与恶劣环境下的FRP筋混凝土柱力学性能演化规律，给出荷载与环境因素耦合作用下GFRP筋混凝土柱承载力的计算模型。本项目将在FRP筋混凝土的试验方法、量测手段等方面有新的突破和发展，为进行FRP筋混凝土柱的设计提供试验依据与理论基础。

FRP筋混凝土柱的应用越来越广泛，深入地研究恶劣环境下的FRP（纤维增强聚合物）筋混凝土柱的力学性能及破坏机理是充分发挥其材料性能的关键。第一部分，针对FRP筋混凝土粘结滑移问题，提出新的试验方法——双FRP筋对拉，建立新的FRP筋混凝土粘结滑移本构关系模型，揭示了纤维与树脂、FRP筋与混凝土之间的工作机理。在试验中引入一种新的量测手段——在FRP筋中植入FBG（光纤光栅）来进行应变量测。此外，研究了GFRP（玻璃纤维聚合物）筋与玻璃纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土的粘结性能。通过与混凝土的粘结性能进行对比试验，观察加入了不同种类、不同含量纤维的混凝土与GFRP筋的粘结性能提升情况，并通过一系列试验来确定纤维混凝土的最佳纤维含量与比例。最后，通过试验数据的处理与分析，构建GFRP筋与纤维混凝土的粘结-滑移本构关系模型。第二部分，在FRP筋混凝土结构层面的研究上，对FRP筋混凝土受压短柱在轴心受压、小偏心受压以及大偏心受压条件下的相关力学性能进行了研究，为系统研究GFRP筋混凝土受压构件奠定坚实的基础。同时结合实际工程环境，对海洋环境等一些恶劣环境下FRP筋混凝土的抗压性能进行试验研究。通过一步步的研究，找到早期试验思路和方法的不足，从新的试验角度入手进行腐蚀试验，得到更接近真实情况的试验数据，为FRP筋在海洋工程及地下工程中的应用提供可靠的理论基础。