混凝土梁中GFRP筋抗拉强度演化机理研究

土木工程基础设施以钢筋作为受力筋的钢筋混凝土结构，由于钢筋的锈蚀导致其功能提前退化或失效，不仅造成巨大的经济损失，而且成为重大安全隐患。因此，如何采用性价比优越的GFRP筋有效替代或部分替代钢筋，提高土木工程基础设施耐久性具有重要理论和现实意义。本项目针对GFRP筋混凝土耐久性基础研究的控制问题，即受持续应力、带工作裂纹混凝土梁受环境作用引起其中GFRP筋抗拉强度演化机理作为研究主题：主要研究其GFRP筋抗拉强度加速试验短期行为；受环境作用GFRP筋聚合物基体玻璃软化温度及碱性等物质扩散特征；在此基础上进一步研究形成实际运营环境混凝土梁中GFRP筋寿命期长期抗拉强度多参数随机变化的半可靠性概率型预测理论模型。目的为GFRP筋混凝土结构设计规范或指南中GFRP筋抗拉强度确定及改善耐久性设计奠定一定的理论及应用基础。

土木工程基础设施以钢筋作为受力筋的钢筋混凝土结构，由于钢筋的锈蚀导致其功能提前退化或失效，不仅造成巨大的经济损失，而且成为重大安全隐患。因此，如何采用性价比优越的GFRP筋有效替代或部分替代钢筋，提高土木工程基础设施耐久性具有重要理论和现实意义。对处于实际服役混凝土环境下GFRP筋抗拉性能的退化规律进行了较为系统地研究，主要分析了浸泡溶液（碱性溶液、自来水）、环境温度（20℃、40℃、60℃）、弯曲荷载水平（0、25%）、工作裂缝、侵蚀时间（40天、90天、180天、300天）等因素对GFRP筋耐久性能的影响。同时结合扫描电子显微镜（SEM）和差示扫描量热法（DSC）等手段从微观角度对老化试验前后GFRP筋进行观察与分析，在此基础上对混凝土环境中GFRP筋抗拉强度的退化机理进行了研究。环境温度的升高加速了混凝土环境中GFRP筋抗拉强度的退化速率，且温度越高，加速趋势越明显。持续荷载对混凝土环境环境中GFRP筋抗拉强度的退化程度有一定的影响，且随着温度的升高，持续荷载所造成退化的效果愈加显著；在无持续荷载混凝土环境下，工作裂缝对GFRP筋抗拉强度的影响较小，随着持续荷载水平的增加，GFRP筋抗拉强度退化速率加快，且有工作裂缝混凝土环境比无工作裂缝混凝土环境的退化趋势更加明显。另外，为了准确预测混凝土环境下GFRP筋抗拉性能退化规律，基于Fick定律预测模型，通过引入含时间函数的随机变量，充分考虑基本可变量的不确定性，建立了混凝土环境下GFRP筋长期抗拉强度半概率可靠性预测模型。通过将试验数据与模型预测值进行对比分析，验证了所推导的考虑不确定因素的半概率可靠性预测模型的准确性；为真实混凝土环境下GFRP筋的抗拉强度预测及服役寿命预估提供了数据支持和理论依据。