结构工程论文代写：混凝土结构的cfrp筋及其加筋混凝土梁的力学性能研究

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1、结构工程论文代写：混凝土结构的CFRP筋及其加筋混凝土梁的力学性能研究-->结构工程论文代写：混凝土结构的CFRP筋及其加筋混凝土梁的力学性能研究摘要:对混凝土结构用CFRP筋及其加筋混凝土梁的力学性能和感知性能进行试验研究。自行研制开发了不同直径和表面处理形式的CFRP筋。在此基础上,制作了三组各6个标准受拉试件,分别测试了CFRP筋的弹性模量、极限抗拉强度和电阻变化率,得到了相应的变化曲线;其次制作了两组各3根CFRP加筋混凝土梁,测试了梁中CFRP筋电阻随载荷增加的变化曲线。研究表明,CFRP筋具有很好的力学性能和感知性能,对于混凝土结构加强筋和结构受力状态监测具有广泛的应用前景。关键词

2、:CFRP筋力学性能感知性能混凝土梁Abstract:Thispaperpresentstestresultsonthemechanicalandself-sensingpropertiesofCFRPbarsandconcretebeamsreinforcedetersandents.EighteenCFRPbarspecimensinthreese-riesaretestedforelasticmodulus,ultimatetensilestrengthandelectricalresistancechange.Sixconcretebeamsreinforcedsversusloade

3、ntandmonitortheconcretestructuresmechanicalproperties.Keyechanicalproperties;self-sensingproperties;concretebeams传统的钢筋混凝土结构在桥梁、路面、海洋结构及其他恶劣环境条件下严重退化的主要原因是钢筋锈蚀。混凝土结构中钢筋在氯离子、高湿度、高温度和海洋大气中锈蚀严重。环氧涂层、阴极保护、增加混凝土保护层厚度、聚合物混凝土等措施未能提供长期理想的解决办法[1,2]。碳纤维聚合物筋(CarbonFiberReinforcedPolymer,CFRP)的耐腐蚀特点为解决锈蚀问题提供了新的途

4、径[3]。CFRP筋既具有结构材料优良的力学性能,又具有功能材料的感知特性,因此它既能用作受力筋又能作为传感器[4]。CFRP筋的感知特性主要反映在其受力变形过程中电阻发生变化,已有一些学者对这一特性进行了初步的研究[5~8]。1CFRP筋研制哈尔滨工业大学和哈尔滨玻璃钢研究院联合研制开发的CFRP筋是由T700碳纤维束浸渍在环氧树脂中,通过拉挤模具成形、并经过高温固化而成。为增强CFRP筋与混凝土的粘结,对CFRP筋进行表面处理,常用的表面处理形式有螺旋缠绕纤维束、粘砂、刻痕[9]。本文中研究用的CFRP筋表面处理形式是螺旋缠绕玻璃纤维束,碳纤维体积含量为64%,环氧树脂体积含量为36%。在

5、拉挤过程中,碳纤维通过1.2m长的拉挤模具,模具温度为220℃,拉出速率为25cm/min[10]。2CFRP筋受拉力学性能2.1受拉标准试件CFRP筋受拉标准试件是按照拉挤玻璃纤维增强塑料杆力学性能试验方法[11]加工制作的。在进行受拉试验之前,先测量试件的直径和长度。试验采用50kN万能材料试验机,荷载传感器采集荷载,25mm引伸计测量试件纵向变形。试件加载速率为1mm/min。试验单调加载直到试件断裂停止。CFRP筋受拉试验装置如图1所示。2.2受拉试验结果CFRP筋的应力-应变曲线直到破坏是线弹性的,最后是脆性破坏,如图2所示。表1是12根CFRP筋的受拉试验结果,其平均抗拉强度为15

6、96MPa,是普通钢筋的3.19倍;平均弹性模量为128.34GPa,是普通钢筋的64%。3CFRP筋的感知性能3.1CFRP筋的感知性能试验测试CFRP筋感知性能的试件直径4mm,长300mm。在试验段用导电胶粘铜箔,改善铜箔与导电碳纤维的导电性。两个铜箔间距约为120mm。表2是CFRP筋感知性能试验数据。试件加载速度为1mm/min,用25mm引伸计测量试件拉应变。试件两个铜箔间的初始电阻和电阻变化值用多功能万用表测量。一般混凝土结构用CFRP筋的使用环境温度为常温,试验在室温(约20℃)条件下进行。3.2CFRP筋试验结果及分析CFRP筋的感知性能就是利用碳纤维的压阻效应来监测筋的应变

7、和断裂。碳纤维电阻变化主要有以下原因:弹性变形产生的几何变化;碳纤维间电子交换产生电阻率变化;碳纤维相互接触产生电阻率变化;碳纤维断裂[12]。图3是CFRP筋电阻变化率-应变曲线。最初电阻变化是由于碳纤维弹性变形产生的,曲线斜率类似应力-应变曲线,是线性的[13]。随着应变增加,碳纤维间相互接触产生电阻率变化,曲线斜率逐渐偏离线性。到临近破坏时,部分碳纤维断裂,电阻值明显增加,曲线斜率急剧增加。