FRP筋混凝土结构在港口工程中应用典型工程实例

纤维增强塑料筋(FRP)与传统钢筋相比主要有抗拉强度高、耐腐蚀、轻质等优点,适用于在海港工程中降低因采用各类防腐蚀措施而增加的工程造价和日后维护成本.本文通过在某出运码头中使用FRP筋增强混凝土构件的典型工程案例,对FRP筋混凝土结构受力性能、施工注意事项以及使用过程中存在的问题等做了详细的技术说明,为在港口工程中使用FRP筋混凝土结构提供了良好的工程实例.     

FRP筋混凝土梁短期刚度试验研究

开展了不同配筋情况下FRP筋增强混凝土结构抗弯性能试验,系统地研究了试验梁在各级荷载作用下刚度和挠度的变化规律,并分析了结构受力特性对刚度变化的敏感性,在试验的基础上,确定了FRP筋混凝土梁的短期刚度的理论计算公式。计算结果与试验结果符合良好。     

基于ANSYS的钢筋混凝土构件裂缝宽度计算方法

以大型通用有限元计算软件ANSYS为平台,建立了荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的一种计算方法。采用ANSYS中的Solid 65单元模拟混凝土,Link 8单元模拟钢筋,三维非线性弹簧单元Combine 39模拟钢筋-混凝土界面的粘结滑移关系,将Houde提出的钢筋-混凝土间的粘结滑移本构模型引入ANSYS中以确定Combine 39弹簧单元的荷载-位移关系式。此外,在现有混凝土裂缝宽度计算方法的基础上,推导出适用于有限元分析的裂缝宽度计算公式,并应用ANSYS软件提供的二次开发工具——参数化编程语言(APDL)编制程序,在ANSYS后处理中实现混凝土构件裂缝宽度的计算功能。算例分析表明,与现有方法相比,该方法能更准确地计算各级荷载作用下钢筋混凝土构件的裂缝宽度。     

FRP筋混凝土简支深梁力学性能试验研究

为解决海港工程中钢筋混凝土结构钢筋锈蚀问题,采用纤维增强塑料筋(FRP)代替传统钢筋,开展了不同配筋情况下FRP筋增强混凝土深梁的力学性能试验,对FRP深梁在荷栽作用下的截面特性、裂缝宽度、极限承载力和破坏形式等力学特性进行深入研究,为进一步在工程中开展应用提供了试验参考.     

胶结剪力键抗剪承载力试验与数值分析

为了研究新型装配式钢-混凝土组合梁界面的力学性能,对采用不同厚度环氧砂浆作为钢与混凝土界面粘结材料的标准试件进行推出试验,得到试件的破坏模式与荷载-滑移曲线,分析了环氧砂浆层厚度对抗剪承载力的影响.引入弹簧单元对混凝土和胶结层界面粘结的力学行为进行模拟,建立了三维非线性有限元模型.基于模拟结果,得到了混凝土与胶结层剥离规律,研究结果表明:试件破坏均未发生在胶结层,数值模拟结果与推出试验结果基本吻合,环氧砂浆黏结层剥离过程是典型的脆性破坏.     

纤维增强塑料（FRP）筋混凝土结构在港口工程中的应用

为解决海港工程中钢筋混凝土结构钢筋锈蚀问题，采用纤维增强塑料（FRP）筋代替传统钢筋，结合国内外相关规范，提出了港口工程中适用的FRP筋增强混凝土构件的设计计算方法，并对不同的设计控制指标进行了足尺寸构件力学性能试验验证，同时在某出运码头部分节段全部采用纤维增强塑料（FRP）替代钢筋工程试验，为解决港口工程耐久性问题提供了良好的工程实例。     

FRP筋在自动化集装箱港区AGV重载道路中的应用

由于自动化集装箱港区AGV重载道路布设磁钉防磁的需要,混凝土面层中的传力杆采用了防磁性能良好的FRP筋。目前FRP筋尚无应用于道路的具体设计方法,借鉴传统钢制传力杆计算理论,通过建立有限元模型进行数值分析,并结合现场传荷系数试验结果,对相关设计方法的适用性进行验证并提出优化意见。     

高桩码头横梁极限承载力有限元分析

结合某实际工程,利用通用有限元分析软件ANSYS对某高桩码头的预应力横梁进行了极限承载力分析.采用分离式建模方法建立钢筋混凝土有限元模型.利用Solid65单元模拟混凝土、Link8单元模拟钢筋,根据Houde的粘结滑移理论,应用非线性弹簧单元(Combine39)组成界面单元模拟钢筋与混凝土之间的非线性粘结滑移关系.通过逐步加栽的方式,计算确定了横梁的开裂荷载和极限承载力.     

大管桩现场取样分析与耐久性研究

采用现场取样与室内化学分析相结合的方法,研究海洋环境下大管桩的耐久性能。通过对深圳、连云港和宁波3个地区服役1~17 a的大管桩展开耐久性调查,同时在潮差区和浪溅区的桩身混凝土钻芯取样,采用化学分析的方法测试不同深度混凝土中的氯离子含量,计算混凝土氯离子扩散系数,进而经统计分析得出桩身混凝土的腐蚀参数。通过对比研究桩身混凝土与桩帽节点混凝土的抗氯离子渗透性能的差异,研究裂缝对氯离子渗透的影响及大管桩接头处FRP包覆层对接头耐久性的影响。取样研究过程中未发现任何箍筋和主筋锈蚀的现象,服役10~15 a的大管桩箍筋表面氯离子浓度在0.1%~0.2%,箍筋表面光洁如新。     

新型缓粘结预应力体系的试验研究

介绍了一种以树脂胶粘剂为介质的新型缓粘结预应力体系的试验研究,其中包括能满足该体系要求的固化期在3、6、12个月左右、抗压强度50 MPa以上的胶粘剂组分及物理力学性能的研究;对预应力筋在不同时间张拉锚固作业中的κ和μ进行测量;缓粘结预应力筋在应力状态下进行了腐蚀试验;采用缓粘结预应力筋制作了8根预应力受弯构件进行试验,并与同条件制作的有粘结、无粘结预应力梁进行比较。结果表明,胶粘剂固化后的缓粘结预应力构件的工作性能,几乎和有粘结预应力构件相同。通过几个缓粘结预应力工程的施工,表明该体系的施工工艺与无粘结预应力施工工艺相近,简便易行。该体系将后张法中的无粘结和有粘结预应力混凝土体系相结合,使传统的预应力技术有了更新的发展。     

Bond-slip behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) columns

This paper provides novel results and key findings for the bond-slip field since there is no single study available in the literature conducted on the bond-slip behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) columns. Likewise, no studies have been focused on the contribution of welded reinforcing bars on the bond behaviour of composite columns. A series of push-out tests on sixteen specimens of CFDST columns are presented to explore the bond-slip behaviour between the cross-sectional elements (the inner steel tube, outer steel tube and the shell concrete). The primary test parameters involve (a) interface type (normal interface, interface with an internal ring, with reinforcing bars, and with shear studs); (b) concrete strength (high strength concrete and normal strength concrete); (c) push-out type (push-out of the shell concrete and push-out of the inner tube). The results demonstrated that greater benefits arose on the bond strength, once the reinforcing bars or internal rings were welded onto the inner steel tube of CFDST columns. Moreover, in addition to remarkably improving the bond strength, the welded reinforcement bars would significantly improve the compressive strength of CFDST columns and eliminate the local buckling of the inner steel tube. On the other hand, the embedded shear studs (bolts) onto inner steel tubes are capable of improving the bond strength with less degree of the shear resistance in comparison with the other interface types. What's more, the current paper is also adapted to explore the influence of concrete grade (normal and high strength) on the bond performance of CFDST columns and it is showed that the bond strength increases considerably as the strength of the shell concrete is increased. Finally, the bond improvement ratio (BIR) is studied which could be a representative index in comparing the performances of the parameters on the bond behaviour.     

FRP加固负载混凝土柱轴压性能有限元分析

采用有限元方法对不同负载应力水平下短期加载的纤维增强塑料(FRP)布约束混凝土柱轴压性能进行分析,并与已有试验结果做了比较。分析表明:选择合理的分析模型,可以较好地预测FRP布约束混凝土柱轴心受压性能。在此基础上,分析了不同带载应力水平下配筋率、混凝土强度、FRP约束刚度等参数对FRP约束混凝土柱承载力和变形的影响。     

Degradation of bond strength and deformation between TRC-confined seawater sand concrete and BFRP bars under chloride corrosion environment

The interfacial bonding performance between seawater sand concrete and basalt fiber reinforced polymer (BFRP) bars were tested under different textile reinforced concrete (TRC) confinement layers, confinement sequences and chloride salt dry-wet cycles. The results show that TRC confinement can change the failure mode of the specimen and improve the ductility of specimens. With the increase of corrosion age, compared with the specimens with the same restrained layers in the conventional environment, the ultimate bond strength of restrained specimens before corrosion gradually decreases, and the slip value when reaching the ultimate bond strength also slightly decreases. The bond strength of the pre-restrained corroded specimens has the same development trend. Based on the bond-slip model of deformed steel bars and concrete proposed by Eligehansen for the first time in 1983—BPE model, under the control of TRC confinement and corrosion age, the relationship between the TRC confinement layer and the ultimate bond strength and slip of seawater sand concrete and BFRP steel bar is established. By fitting and predicting the ultimate bond strength, corresponding slip value, and corrosion age control of different TRC confinement layers, it is found that the confinement effect will not be significantly improved when the confinement layers exceed 4 layers. Under long-term chloride corrosion, the failure mode of the specimen may still change into splitting failure when the number of restrained layers is small.     

内河库水位变动下码头桩基混凝土碳化深度预测模型

内河环境下,由于混凝土碳化所导致的内部钢筋锈蚀是引起港口码头结构发生耐久性失效破坏的主要原因。为研究内河库水位周期性变动下码头桩基混凝土的碳化规律,开展一般大气环境与干湿交替环境下混凝土的加速碳化物理试验。结果表明:1)混凝土碳化深度随碳化时间的增加而逐渐增加,碳化速率随碳化龄期增长而减缓。2)与一般大气环境相比,干湿交替作用下混凝土的碳化深度更小。基于Fick第一定律的碳化深度模型,通过拟合回归并修正后建立了内河一般大气环境和干湿交替环境下码头桩基混凝土碳化深度预测模型。经对比,模型预测值与试验实测值吻合程度良好,验证了该模型的精度。研究成果可为内河港口码头基础结构运营维护及耐久性评估提供技术支撑。     

酸性环境下混凝土寿命预测模型的建立及应用

采用模拟加速试验的方法,研究酸性腐蚀条件下混凝土性能劣化规律,旨在建立一个合理的酸性环境下混凝土寿命预测模型。预测酸性环境下混凝土寿命主要通过3种方式:1)根据灰色系统理论,利用GM(1,1)模型预测其强度变化规律;2)根据Arrhenius定理构建预测模型,利用试验强度变化数据预测混凝土寿命;3)通过研究酸性环境下混凝土中性化深度变化规律来达到辅助预测的效果。结果表明:根据灰色系统理论或Arrhenius定理构建的预测模型,对酸性环境下混凝土进行寿命预测的准确性较高;同时提出了结合中性化深度变化规律进行综合分析的设想。     

基于现场检测数据的海工混凝土强度经时变化规律研究

混凝土的强度是直接影响结构承载力的重要参数，其经时变化规律是建立结构抗力变化模型的基础。针对海洋环境下混凝土结构受环境和荷载共同作用，随服役时间推移而出现的劣化损伤问题，本文共收集110例中国南方沿海服役1～35 a港口码头的检测案例，以混凝土实测数据为基础，采用相关分析和回归分析对海工混凝土强度随时间变化规律开展研究，明确了回弹法和钻芯法检测混凝土强度的相关性，获得了混凝土强度经时变化的计算模型，为海工混凝土结构安全性评估提供重要参考依据。