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原文传递高速铁路蒸养GFRP筋混凝土预制构件损伤研究

论文题名：	高速铁路蒸养GFRP筋混凝土预制构件损伤研究
关键词：	蒸养混凝土;GFRP筋;损伤规律;预测模型;设计修正;高速铁路
摘要：	蒸养混凝土预制构件具有工期短、环境污染少、施工方便、成本低的优点，被广泛运用于高速铁路工程结构中。但据资料统计，蒸养混凝土预制构件在实际工程中的使用寿命与设计寿命相差极大，不仅给国家造成了严重的经济损失，还无法满足我国高速铁路工程建设对于安全发展的要求。为从根本上解决蒸养混凝土中钢筋腐蚀的问题，提高蒸养混凝土预制构件的使用寿命，采用抗耐腐蚀性能强、性价比优越的玻璃纤维筋（Glass Fiber Reinforced Plastic，简称GFRP）替代或部分替代钢筋应用于蒸养混凝土预制构件。然而，国内外对于蒸养混凝土预制构件的研究较为单一，主要集中于蒸养混凝土损伤方面；由于蒸养混凝土中筋材损伤、蒸养混凝土与 GFRP筋的粘结性能损伤及蒸养混凝土预制构件结构设计方法的研究较为有限，实际性能与设计性能存在较大的误差。因此，为提高蒸养混凝土预制构件的耐久性能及降低其设计误差，本文对蒸养 GFRP筋混凝土预制构件损伤进行了深入的研究。　　首先，从宏观与微观角度分别开展了蒸养混凝土、蒸养混凝土中GFRP筋、蒸养混凝土与 GFRP筋粘结性能三方面的损伤试验研究并分析了其潜在的损伤机理关系；同时利用有限元从能量耗散角度分析蒸养 GFRP筋混凝土梁内部的损伤演化过程。研究结果表明：蒸养养护混凝土早期强度较高，蒸养混凝土中GFRP筋抗拉强度的损伤明显低于钢筋，这验证了GFRP筋替代或部分替代钢筋应用于蒸养混凝土预制构件中的可行性；然而蒸养混凝土后期强度降低、毛细吸水性能增大且有害级孔径比例明显增大，这不仅造成蒸养混凝土耐久性能降低，而且加快了蒸养混凝土中GFRP筋及两者粘结性能的损伤速度；GFRP筋抗拉强度损伤程度随直径的增大而减小，距离混凝土表层越近，即保护层厚度越薄，GFRP筋抗拉性能损伤越明显；粘结性能的损伤同样与直径及保护层厚度有关，其最大粘结强度、界面断裂能随保护层厚度及直径的增大而增大。　　其次，基于损伤试验研究基础，分别建立了蒸养混凝土强度、蒸养混凝土梁中 GFRP筋的抗拉强度及两者粘结强度损伤预测模型。其中蒸养混凝土强度损伤预测模型考虑了养护龄期变化的影响，并建立了以标养28d混凝土的强度作为定量的指数函数预测模型；蒸养混凝土中 GFRP筋抗拉强度损伤预测模型主要基于Fick扩散定律并引入蒸养损伤因子λ、β进行建立；蒸养混凝土与GFRP筋粘结强度的预测模型分别考虑了蒸养温度损伤影响、粘结长度影响及保护层厚度影响，最终建立了与四者相关的粘结强度预测模型。所有关于强度性能的损伤预测模型均以普通环境下的强度作为基数，无需对蒸养混凝土预制构件材料性能做相关试验，降低了蒸养混凝土预制构件在设计方面的工作难度。　　最后，将性能损伤体现于蒸养混凝土结构设计参数修正，基于损伤试验研究、有限元模型分析及各性能预测模型，分别从承载能力极限状态与正常使用极限状态两方面对正截面承载力、裂缝宽度及抗弯刚度设计计算进行了修正，修正方法主要以引入损伤预测模型为主；依据表层损伤及 GFRP筋低弹性模量特性，对最小保护层厚度、最大裂缝允许值及 GFRP筋配筋原则进行了相关建议。为蒸养混凝土预制构件提供更贴合实际的设计理论方法，可减小蒸养混凝土预制构件的使用寿命与设计寿命的误差。
作者：	杨文瑞
专业：	交通运输工程
导师：	何雄君
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文