面向海洋的新型FRP混凝土组合结构及其性能研究

An innovative FRP-concrete hybrid structure system from ocean and for ocean is proposed aiming at the great demand of ocean development, the pressing task of safeguarding territorial seas sovereignty. The structure is composed of the fabricated FRP beam-slab system and the column of sea sand concrete-filled FRP tubes embedded FRP pultruded profiles. The advantages including corrosion resistance, convenient transportation and installation, and sustainability are endowed as FRP using. The research in this project focus on two themes on materials and structures: the durability of FRP and sea sand concrete in the marine environment, and the short- and long-term performance of this innovative FRP-concrete hybrid structure including columns, beam-slabs and joints. The experimental study, numerical simulation, and theoretical analysis will be conducted to explain performance degradation mechanisms and find trends for FRP in marine conditions, as well as safety margin control methods and failure mechanisms for the novel FRP-concrete hybrid structure. Based on this information and data, design approaches will be developed for the use of this type of structure in marine environments. It is hoped that this research can solve the fundamental theoretical and technological problems associated with this field, thereby enabling and promoting its application in engineering structures and the general advancement of the field, and thus providing scientific and technological supports to ocean developing and territorial sovereignty guarantee of China.

针对我国海洋开发的重大需求、维护领海主权的紧迫任务和工程建设可持续发展的必然趋势,提出了一种面向海洋的新型FRP混凝土组合结构，由内嵌FRP型材的FRP管海水海砂混凝土组合柱与装配式FRP型材梁板体系组成，具有耐腐蚀、运输和安装方便、有利于可持续发展等优势。本项目将围绕此新型结构开展两方面的研究：①材料方面:FRP和海水海砂混凝土在海洋环境下耐久性；②结构方面:由FRP混凝土组合柱、FRP型材梁板体系和其节点组成的新型结构的短期和长期力学性能。将通过试验研究、数值模拟和理论分析，获得海洋环境中FRP型材长期服役的性能退化机理和规律、新型FRP结构的破坏机理与安全储备控制方法，并在此基础上建立该应用条件下材料耐久性评价设计方法和此新型结构的设计方法。通过本项研究，力图解决该结构设计中的基本理论问题和关键技术问题，从而推动其工程应用，为我国海洋开发与领海主权保障提供科技支撑。

针对发展海洋开发产业、维护国家海洋国土权益的需求，提出了一种面向海洋的新型FRP混凝土组合结构，本项目针对此新型结构开展了系列研究：（1）对FRP构件开展了高温、干湿交替、人工海水浸泡和紫外辐照等工况下的耐久性试验，结果表明FRP构件在海洋环境下的耐久性较好，并提出了海洋环境下拉挤复合型材的长期性能设计方法。（2）进行了珊瑚骨料的基本性能和多轴试验，表明珊瑚骨料混凝土的力学性能及耐久性能介于轻骨料混凝土与普通骨料混凝土之间，多轴强度破坏接近轻骨料混凝土。（3）对FRP管约束海水珊瑚骨料混凝土试件进行轴压试验，结果表明FRP管对海水珊瑚骨料混凝土具有约束增强作用，结合实验结果提出了可以考虑“压实效应”的FRP管约束海水珊瑚骨料混凝土的轴压应力-应变模型。（4）对内嵌FRP型材的FRP管海水海砂混凝土组合柱（PPR-CFFT）开展了轴心、偏心受压试验，结果表明PPR-CFFT柱的N-M相关曲线与钢筋混凝土构件类似，并通过精细化有限元模型分析了其受力全过程和破坏机理。（5）对三种不同的FRP-混凝土混合梁进行了试验，提出了SB-SK-SIP混合连接形式，在确保连接强度的同时简化构造，使用SB-SK-SIP混合体系的组合梁发生FRP型材的剪切破坏而几乎没有界面滑移。（6）对FRP约束混凝土柱-FRP型材梁节点区性能进行试验研究，结果表明节点区可提供足够的轴向承载能力并具有明显延性。基于以上研究，形成了新型FRP混凝土组合结构的设计方法，并在某酒店穹顶结构项目中进行了应用。