基于压电陶瓷的智能混杂复合FRP预应力筋的力学性能和损伤机理研究.doc

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1、附件4湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项　目　申　报　表项目名称:基于压电陶瓷的智能混杂复合FRP预应力筋的力学性能和损伤机理研究学校名称长沙理工大学学生姓名学号专业性别入学年份蒋棋201125020125桥梁与隧道（卓越）男2011刘思琴201141070112桥梁与隧道（卓越）女2011韩阳201119040511桥梁与隧道（卓越）男2011虢玉标201108020226桥梁与隧道（卓越）男2011指导教师蒋田勇职称副教授项目所属一级学科560学生曾经参与科研的情况[1]国家自然科学基金项目“FRP筋混凝土界面的随机疲劳损伤机理及寿命预测方法（项目批准号：51

2、208061）”，参与者包括蒋棋、刘思琴以及虢玉标。[2]湖南省教育厅科学研究项目“FRP筋粘结式锚具的长期粘结锚固性能研究”，（项目批准号：10C0383）；参与者包括蒋棋、刘思琴以及韩阳等。指导教师承担科研课题情况指导教师蒋田勇副教授以第一作者发表论文20余篇，其中CSCD论文7篇，校定权威刊物5篇；主持1项国家自然科学基金项目；主持并完成1项湖南省教育厅科学研究项目；获得了教育部科学技术进步二等奖1项（排名第3）；获得发明专利3项（第二发明人）和实用新型专利4项,并申请了7项发明专利。其中,发明专利:基于压电陶瓷的智能混杂复合FRP预应力筋及其制备方法(申请号:2

3、01410066387.0)与该项目密切相关。项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题项目研究的目标提出一种智能混杂复合FRP预应力筋，使其具有良好的延性性能、抗剪性能以及智能监测特性。参数研究各组成材料对智能混杂复合FRP预应力筋的影响，提出其应力－应变本构模型。基于PZT的传感机理和主动监测方法，建立智能混杂复合FRP预应力筋及的监测系统，研究智能混杂复合FRP预应力筋的应力传递机理和结构损伤机理，为智能混杂复合FRP预应力筋在土木工程中应用提供科学依据。项目研究的内容（1）智能混杂复合FRP预应力筋及其力学性能（a）参数研究钢丝网的钢丝直径、网格分布以及层数对

4、智能混杂复合FPR预应力筋力学性能的影响；参数研究连续纤维布带的缠绕方式（缠绕角度）以及层数等对智能混杂复合FPR预应力筋力学性能的影响。（b）基于单调拉伸加载试验，建立智能混杂复合FPR预应力筋的应力-应变关系本构模型；研究智能混杂复合FPR预应力筋的延性性能。（c）通研究混凝土强度、锚固长度等参数对智能混杂复合FRP预应力筋粘结性能的影响；建立临界锚固长度的计算公式。（2）智能混杂复合FRP预应力筋的损伤机理（a）根据压电陶瓷PZT的压电机理和压电方程，研究基于电压监测变量的PZT传感机理，提出其在准静态作用力下应力监测方法，建立智能混杂复合FRP预应力筋的应力监测

5、系统，研究智能混杂复合FRP预应力筋的应力传递机理。（b）基于压电陶瓷PZT的感知和驱动机理，构建波动法的PZT主动监测方法，建立智能混杂复合FRP预应力筋的PZT主动监测系统，对智能混杂复合FRP预应力筋在受力过程中的损伤发生、发展直至破坏的全过程进行监测，研究其损伤机理。项目要解决的关键技术问题（1）智能混杂复合FRP预应力筋的荷载传递机理；（2）智能混杂复合FRP预应力筋的损伤机理。国内外研究现状和发展动态（1）普通FRP筋的研究及应用纤维增强塑料是以纤维为增强材料，以树脂为基体材料，并掺入辅助剂，经拉拔成型和必要的表面处理所形成的一种新型复合材料。FRP常用的纤

6、维主要有碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维，这些都可以用来作为增强材料，是因为它们与钢筋相比具有更高的强度和相似的刚度[1]。FRP常用的树脂基体材料有环氧树脂、聚酯和乙烯基酯。在土木结构中应用的大多数FRP筋主要是环氧树脂为基体的玻璃纤维(GFRP)、碳纤维(CFRP)和芳纶纤维(AFRP)[2]。FRP产品形式包括片材、棒材以及型材，其中FRP棒材又包括FRP筋和FRP拉索。FRP拉索是将连续长纤维单向编织，形成绳索状的FRP制品，浸润树脂固化而制成。FRP筋材则是采用挤压工艺制成，在其表面可以处理成不同形状。FRP筋具有下列优势：(1)良好的抗腐蚀性，可以在酸、碱、氯盐和

7、潮湿的环境中抵抗化学腐蚀，这是传统钢材难以比拟的[3]；(2)较高的比强度（大约是钢材的10～15倍），采用FRP材料将会大大减轻结构自重；(3)FRP材料的弹性性能好，应力应变曲线接近线性，没有屈服平台，在发生较大变形后还能恢复原状，这对于承受较大动载和冲击荷载的结构比较有利[4]；(4)抗疲劳特性好，尤其是芳纶纤维和碳纤维；(5)电磁呈中性。常用纤维增强塑料的基本力学性能如表1所示[5]。表1常用纤维增强塑料的基本力学性能纤维种类相对密度γ拉伸强度σb(GPa)模量E(GPa)热胀系数α(10-6/℃)延伸率δ(%)比强度σb/γ(G