发展重大需求二报告下午

第七届全国建设工程FRP第七届全国建设工程FRP应用学术交流10月15-16日，杭面向重大工程应用FRP若干核研究问吴智汪吴东南大学城市工程科学技术研究院/土木工程学内容内容提研究背景、现状及问FRP高性能化研性能设计与改善，预应力结构损伤可控及可修复性结构轻量化及可持续化国家国家发展重大需求（一国家发展国家发展重大需求（二)l(investmentinvestmentv)rtrfit)l(investmentinvestmentv)rtrfit0我国：基础设施维护成本已达3000亿元规 ttd(lliion)投資額（兆円整備水l国家发展重大需国家发展重大需求（三全寿命周期费用（LCC）庞LCC发达国家经验教训表明：提高重大工程现行的50-100寿命到0300年设计寿命，并适当增加初期投资费用是实现重大工程LCC最小化目标的方法之一重大工程结构自身存在的重大问题重大工程结构自身存在的重大问题（一服役安全、耐久性能需提钢筋锈蚀等全、—重大工程结构自身存在的重大问重大工程结构自身存在的重大问题（二轻量化是提升结构安全性和延长寿命的有效途建筑成本地震响应自重重大工程重大工程结构自身存在的重大问题（三纤维增强复合材料(FRP)应力-关强弹密材料种耐腐蚀性抗疲劳强差低钢是目5002301.能够替代钢材，解决纤维增强复合材料(FRP)应力-关强弹密材料种耐腐蚀性抗疲劳强差低钢是目5002301.能够替代钢材，解决性能的结构料；同时维2802战略性非金构材料500702.高性长寿FRP加固结FRPFRPFRP加固结FRPFRP外FRP筋体内嵌入式FRP索体外张拉加FRP筋替代FRP-混凝FRP筋替代FRP-混凝土组合柱/FRP轻型屋架/FRP各国规范的制美日欧各国规范的制美日欧我澳幻灯幻灯Jian-GuoDAI,2011-5-Jian-GuoDAI,2011-5-FRP加固FRP加固与新建结构存在FRP对于重大工程结构，加固比新建破坏机理更为复杂FRP增强结构的破坏机理和设计理论与传统钢筋混凝土结构3)缺乏核心应用技术，FRP单一纤维FRP理论ComparisonwithcomputingvalueandComparisonwithcomputingvalueandtestdatumofdifferent纤维增强复合材料的综合性能提升纤维增强复合材料的可靠性设计方法纤维增强复合材料长期性能定量化评估4）明确纤维复合材料探索探索纤维增强复合材料关键应用1、具有超高综合性能的纤维增强复合材料制品2、纤维增强复合材料-混凝土-钢混合结构体系3、超大型结构的预应力加固技术4、千米级斜拉桥纤维增强复合索锚固技术5、轻质高强的大型梁板结构轻量化技术内容内容提研究背景、现状及问FRP高性能化研性能设计与改善，预应力结构损伤可控及可修复性结构轻量化及可持续化FRPFRPFRP及其重大工程结构的机理和设计方法急需FRP及其重大工程结构的机理和设计方法急需明确和建航空领—实现从强容许破裂控制设200m跨度CFRP测模型和破裂控制设计方法及构整体的可靠性设计理 FRP-混凝土界面性能的尺寸效 22322 FRP-混凝土界面性能的尺寸效 223221200FRPシート幅bfGfFRP具有性能的可设计性，满足结构的各种性能需σ断FRP具有性能的可设计性，满足结构的各种性能需σ断根据结构性能进行各类材料性能损伤可控设计成为现实εP（載荷断裂的始断裂的始高度的高弾性繊維的断続断断裂的始大幅度提鉄筋屈K開裂荷載的大δ（変形δy高弾性繊維安全（活用高強度繊維抗震等極限環境下的結構性（活用高延性繊維1010Averageline ControlindexControlindex高弹模/高1010Averageline ControlindexControlindex高弹模/高强度碳纤高弹模碳纤维/PBO10Controlindex高弹模碳纤维/DyneemaEvaluationindexEvaluationindexEvaluationindexAveragelineAverageline钢筋-连续外包的纵向纤螺纹钢筋内横向缠FRP应Steel残余10钢000 0Strain荷载Stress钢筋-连续外包的纵向纤螺纹钢筋内横向缠FRP应Steel残余10钢000 0Strain荷载Stress钢丝-连续混杂设计图：高初始刚度、具一定的延P200sHS筋片HybridB/SFRPHybridB/SFRP00钢丝-连续混杂设计图：高初始刚度、具一定的延P200sHS筋片HybridB/SFRPHybridB/SFRP00Strain00FRP片材钢丝直径FRP筋材混杂比例StressSteel 玄武岩纤维筋（BFRP）及玄武岩/碳纤维混杂筋0B/CFRP0 Strain 和B/CFRPPStress玄武岩纤维筋（BFRP）及玄武岩/碳纤维混杂筋0B/CFRP0 Strain 和B/CFRPPStress类抗拉强fu弹性模E混杂纤维布增强结构效3C2C1C2C005mm混杂纤维布增强结构效3C2C1C2C005mm高强/高强/高弹摸/高延荷重BFRP网格材料开发（适才所用5ForCFRPBFRP网格材料开发（适才所用5ForCFRPForBFRPCFRP1400600＞1000GFRPグリBFRPグリ繊維含有率（体積比CFRPGFRPグリBFRPグリ434340-50CFRPグリッドBFRPグリッド14RCbeamstrengthenedprestressedFRPFRPPLimitedreinforcementRCbeamstrengthenedprestressedFRPFRPPLimitedreinforcementInitiationofofFRPFRPdebondingGreatenhancementsteelyieldingRCbeamstrengthenedwithFRPNormalRCGreatenhancementofstiffnessLimitedreinforcementeffect (Steelσ——既有预应力FRP应用一般纤维布干丝强度仅为FRP强度的30%作用，无法直接张和树脂含浸硬化后可张拉，但界面粘结不好或——既有预应力FRP应用一般纤维布干丝强度仅为FRP强度的30%作用，无法直接张和树脂含浸硬化后可张拉，但界面粘结不好或处理锚固端构造复4CFT300CF321005Deflection增强能量吸收LoadDebondingoffibersheetsnearthemid-CrackPCgirderwith3layersofsheets(45%PCgirderwith3layersoffibersheets(33%prestress)PCgirderwith3layersoffibersheets(noprestress)PCgirder(nofiber——预应力纤维布张拉加固0052-m通过混杂得到——预应力纤维布张拉加固0052-m通过混杂得到——预应力纤维布张拉加固预应力FRP加固工U‐typeextrabondedPFSRC（RCbeam粘结材料（环氧tf:预应力预张拉不含浸纤维粘结和养护-剪断释放端部纤维布截面应力分——预应力纤维布张拉加固预应力FRP加固工U‐typeextrabondedPFSRC（RCbeam粘结材料（环氧tf:预应力预张拉不含浸纤维粘结和养护-剪断释放端部纤维布截面应力分开发成套P-PUTPC橋UPBOシー开发成套P-PUTPC橋UPBOシー——嵌入式预应力FRP槽深小于保护混凝端部锚固应力集中消去中——嵌入式预应力FRP槽深小于保护混凝端部锚固应力集中消去中部注入高刚度树CFRP连续纤维布或柔性张拉装置与CFRP索的连张张连续纤维布或柔性索粘结增强处理，改变破Interface①InterfaceGrooveAdhesiveConcreteInterface Adhesive——嵌入式预应力FRP螺锚筋待加固植螺栓锚筋安装锚固待加固混凝植螺栓锚筋(待加固植螺栓锚环氧树筋聚合物砂螺 待加固植螺栓锚环氧树聚合物砂——嵌入式预应力FRP螺锚筋待加固植螺栓锚筋安装锚固待加固混凝植螺栓锚筋(待加固植螺栓锚环氧树筋聚合物砂螺 待加固植螺栓锚环氧树聚合物砂筋聚合物砂内容内容提研究背景、现状及问FRP高性能化研性能设计与改善，预应力结构损伤可控及可修复性结构轻量化及可持续化FRP及其增强FRP及其增强结构极端服役条件下的性能与FRP及增强结构在FRP及增强结构在多场耦合作用下的疲劳蠕变特性寿命可控设计理三个层次BristolGFRP（1的81、开发微观-细观-宏观尺度下纤同步观察SEM扫描电镜疲劳试验装1、开发微观-细观-宏观尺度下纤同步观察SEM扫描电镜疲劳试验装3、开发适合材料和结构长寿命研究的短期加速-长期监测结合的耐久性试置FRP混杂效应研究——疲劳性70%of55%ofTransverse(b)混杂纤维疲劳寿命S-N此外，混杂效应在FRP耐冻融循环和高温下力学性能的作用将在下节介绍FRP混杂效应研究——疲劳性70%of55%ofTransverse(b)混杂纤维疲劳寿命S-N此外，混杂效应在FRP耐冻融循环和高温下力学性能的作用将在下节介绍FRP在冻融循环下力学性FRP片材的抗冻融性能（BFRP、CFRP、GFRP三者比较0冻融循环次数(次0冻融循环次数(次0冻融循环次数(次最大100(b)相对弹性模111000最大200冻融循环冻融循环相对拉伸强弹性模量相相对弹性模量FRP在冻融循环下力学性FRP片材的抗冻融性能（BFRP、CFRP、GFRP三者比较0冻融循环次数(次0冻融循环次数(次0冻融循环次数(次最大100(b)相对弹性模111000最大200冻融循环冻融循环相对拉伸强弹性模量相相对弹性模量极限应变相相对 FRP冻融循环作用后FRP片材拉伸性能的混杂111 000冻融循环冻融循环冻融(b)相对弹性模冻融循环作用下各FRP片材力学性能指标平均值比0冻融循环次0冻融循环次0冻融循环次冻融循环作用后FRP片材力学性能指标拉伸强度相对拉伸强度变异系数（CV)%弹性模量相对值弹性模量变异系数（CV)%极限应变相对极限延伸率变异系数（CV)%FRP冻融循环作用后FRP片材拉伸性能的混杂111 000冻融循环冻融循环冻融(b)相对弹性模冻融循环作用下各FRP片材力学性能指标平均值比0冻融循环次0冻融循环次0冻融循环次冻融循环作用后FRP片材力学性能指标拉伸强度相对拉伸强度变异系数（CV)%弹性模量相对值弹性模量变异系数（CV)%极限应变相对极限延伸率变异系数（CV)%FRP筋在碱腐蚀作用下性BFRP筋腐蚀前外25℃碱溶液中浸泡6周后外55℃碱溶液中浸泡6周后外恒温浸泡2555FRP筋在碱腐蚀作用下性BFRP筋腐蚀前外25℃碱溶液中浸泡6周后外55℃碱溶液中浸泡6周后外恒温浸泡25550aging0aging残余强度与腐蚀龄弹性模量变化与腐蚀龄腐蚀后纤维及界面状RatiooftensileRatioofelastic2555FatiguetestsFatiguetestsandNumericalDeterminationoflinear-viscoelastic-model’sItclearlycomesoutthattheincreaseofcomplianceduetosustainedloadingisthanthatduetofatigueloading.Moreover,evenifthefatigueloadingisrepresentedbythemaximumloadingvaluetheviscoelasticmodelhastheabilitytosimulatetheFRP-concreteinterface.ExperimentalandtheoreticalS-NComparisonbetweennumericalS-NdiagramandexperimentalExperimentalandtheoreticalS-NComparisonbetweennumericalS-NdiagramandexperimentalProposedmodelEnduranceNoNumberof•ThestaticbondslipparameterswereobtainedfromsimulationoftheofspecimenCS-3;Gf=1.26N/mm(Pmax.=27.5kN).thetheoreticalS-Ndiagramfallswithintherangeoftheexperimental•FRP在盐腐蚀作用下性BFRP筋腐蚀前外55℃盐溶液中浸泡6周外恒温浸泡00agingaging弹性模FRP在盐腐蚀作用下性BFRP筋腐蚀前外55℃盐溶液中浸泡6周外恒温浸泡00agingaging弹性模量变化与腐蚀龄期关残余强度与腐蚀龄RatiooftensileRatiooftensileRatioofelastic FRP片材高FRP片材高温下力学性能基本BFRP筋在高温下力学性玄武岩纤维筋材试件（直径8mm纤维体积含量60%,基体玻璃化温度120度0TemperatureBFRP筋在高温下力学性玄武岩纤维筋材试件（直径8mm纤维体积含量60%,基体玻璃化温度120度0TemperatureTensilestrength(MPa)(%)不同基体FRP在高温下力学性 不同基体FRP在高温下力学性 FRP61C1-54032100Temperature62B1C1-5043210高温下强度的稳定性提残余强度可利用性证00Temperature62EG1C1-54321000TemperatureTensilestrengthTensilestrengthTensilestrengthRatiosofaveragetensilestrength(%)ofaveragestrengthRatiosofaveragetensileRatiosofaveragetensilestrengthFRP61C1-54032100Temperature62B1C1-5043210高温下强度的稳定性提残余强度可利用性证00Temperature62EG1C1-54321000TemperatureTensilestrengthTensilestrengthTensilestrengthRatiosofaveragetensilestrength(%)ofaveragestrengthRatiosofaveragetensileRatiosofaveragetensilestrength碳纤维高温下强度预测12)tanhT T/2)110rg0rT/2不同环氧树脂碳纤维高温下强度预测12)tanhT T/2)110rg0rT/2不同环氧树脂CFRP试验结果与预测模型NormalizedtensilestregnthBasaltFiberFire-Proofthebackoftheplatefterafter30℃NoflameBFBFBF网格BFBFBasaltFiberFire-Proofthebackoftheplatefterafter30℃NoflameBFBFBF网格BFBFA内容内容提研究背景、现状及问FRP高性能化研性能设计与改善，预应力结构损伤可控及可修复性结构轻量化及可持续化普通普通钢筋混凝土柱的可修不同二次刚度的混凝土结构残余不同二次刚度的混凝土结构残余0建立损伤可控结构体系及设计理念可以通过开发的具有稳定二次刚建立损伤可控结构体系及设计理念可以通过开发的具有稳定二次刚度及弹性性能的损伤控制筋：钢-连续纤维复合筋（SFCB）增强混凝土结构来实现，也可以通过混杂配筋代替钢筋使用可修复中、大、特大震极限阶损伤控制筋：FRP损伤控SFC载无需修不倒损伤可传统结开O位残余位移h/100（可修复限值损伤控制筋极限强度的安全储同时，界面粘结滑移要有韧性，使得在筋材断裂之韧性滑移0SFCB增强混凝土柱试东RC柱屈服平（次刚度接0”复合外包玄武岩纤维断复合筋S10-B30二次刚度二次刚度000-----0柱顶侧移----0-- 柱顶侧移柱顶侧移玄武岩纤维断RC柱屈柱C-S10B30二次刚度效果最日本规范规定（1%柱屈服碳纤维断SFCB柱屈0柱卸载刚度-混凝土开SFCB增强混凝土柱试东RC柱屈服平（次刚度接0”复合外包玄武岩纤维断复合筋S10-B30二次刚度二次刚度000-----0柱顶侧移----0-- 柱顶侧移柱顶侧移玄武岩纤维断RC柱屈柱C-S10B30二次刚度效果最日本规范规定（1%柱屈服碳纤维断SFCB柱屈0柱卸载刚度-混凝土开混凝土开--卸载残余位0--0卸载点位移01234505 柱端荷载荷载残余侧移率1%柱柱脚嵌柱脚嵌入BFRP筋加固结柱脚嵌入FRP筋加损伤后混凝土柱的损伤后混凝土柱的二次内容内容提研究背景、现状及问FRP高性能化研性能设计与改善，预应力结构损伤可控及可修复性结构轻量化及可持续化解决HybridB/CFRPViscoelasticmaterialInnerBFRP,B/CorBFRP,B/CorFiberoptic解决HybridB/CFRPViscoel