双重功能材料增强海水海砂RC复合梁静力性能研究.pdfVIP

摘要

在滨海地区，耐久性是结构服役寿命的关键影响因素之一。海水和海砂

作为滨海环境中成本较低且获取渠道丰富的材料，可用于建筑工程中。针对

环境和材料带来的腐蚀问题，采用外加电流阴极保护技术（ICCP）抑制钢筋

腐蚀；针对结构已丧失的承载力，采用结构加固技术（SS）进行补强。本文

结合这两种技术，建立了ICCP-SS双重修复系统，并引入海水海砂作为浇筑

混凝土的原材料。双重功能材料——碳纤维增强水泥基复合材料（C-FRCM）

同时具备良好力学性能和导电性能，其既作为ICCP系统中的阳极，又作为

SS技术中的补强材料。C-FRCM通常以外贴板的形式对结构进行二次加固，

本文设计了一种C-FRCM增强体与混凝土一体成型的施工工艺，对C-FRCM

增强海水海砂复合简支梁的静力性能展开研究。

详细介绍了C-FRCM增强体的制备方法，并运用一体成型工艺制备出了

C-FRCM增强复合梁，搭建了ICCP-SS体系，并对通电电位进行了监测，证

明了双重修复体系的有效性。C-FRCM增强复合构件中存在水泥基与混凝土、

碳纤维网格布与水泥基两种界面，通过双剪试验研究了C-FRCM增强复合构

件的破坏模式和薄弱界面。通过单剪试验得到了碳纤维网格布与水泥基的界

面粘结性能。

在ICCP-SS双重修复体系运行三个月后，分别对抗弯梁和抗剪梁进行了

四点加载试验，设置了三种不同的通电电流密度，研究C-FRCM增强体的增

强效果。运用DIC技术对梁试验的全过程应变进行监测，从梁的破坏模式、

承载力、荷载-挠度曲线方面进行了详细分析，对于抗弯梁，还分析了不同条

件下梁延性的变化情况。试验结束后，测试了钢筋的锈蚀率，得到了ICCP-SS

体系对钢筋的保护效率。

运用DIANA有限元模拟软件建立了C-FRCM增强复合梁模型，对抗弯

梁和抗剪梁进行了全过程非线性力学分析，将模拟结果与试验进行对比后，

通过扩展模拟进行参数化分析，得到了C-FRCM增强复合梁承载力随钢筋锈

蚀率、碳纤维网格布层数和箍筋间距的变化规律。分析了四本规范中受弯和

受剪承载力的理论计算，探讨了各规范的特点，给出了修正的复合梁承载力

计算方法。

关键词：ICCP-SS双重修复体系；一体成型；海水海砂；简支梁；有限元分析

Keywords:ICCP-SSdoublerepairsystem,integratedforming,seawaterandsea

sand,simplysupportedbeam,finiteelementanalysis

目录

摘要I

ABSTRACTII

第1章绪论1

1.1课题背景及研究的目的和意义1

1.1.1课题来源1

1.1.2研究背景1

1.1.3ICCP-SS双重修复系统1

1.2国内外相关领域研究现状3

1.2.1海水海砂混凝土梁力学性能4

1.2.2C-FRCM钢筋混凝土复合梁受弯性能6

1.2.3C-FRCM钢筋混凝土复合梁受剪性能8

1.2.4CFRP作ICCP系统的辅助阳极材料9

1.3研究的目的及意义11

1.4本文的主要研究内容11

第2章C-FRCM复合梁一体成型工艺及界面性能14

2.1引言14

2.2复合梁一体成型工艺及材料性能实验14

2.2.1C-FRCM增强体的制备14

2.2.2复合梁的制备16

2.2.3基本材料力学性能试验18

2.3ICCP体系的搭建及电化学分析20

2.3.1ICCP体系的搭建20

2.3.2ICCP体系的化学分析21

2.3.3复合梁的通电电位22

2.4C-FRCM增强复合构件的界面粘结性能试验24

2.4.1C-FRCM增强复合构件的双剪试验24

2.4.2C-FRCM增强复合构件的单剪试验29

2.5本章小结33

第3章C-FRCM增强复合梁静力抗