论文题目：亚麻/玻璃纤维混杂复合材料及其约束混凝土柱的性能研究
摘要：混杂纤维增强树脂基复合材料（Hybrid Fiber Reinforced Polymer,HFRP）是由两种或两种以上的连续纤维材料来增强同一种树脂基体的复合材料,使其协同工作,优势互补,从而达到单一纤维所不能达到的良好效果。目前,纤维混杂复合材料的研究主要集中在合成纤维之间的混杂,如碳纤维与玻璃纤维混杂复合材料等。然而无论是哪种合成纤维,在制造的过程中都需要消耗大量的不可再生资源,存在生产成本高、不可生物降解处理等缺点。当前我国经济的发展阶段正处于高速增长转向高质量的过程中,可再生绿色植物纤维是复合材料研究领域与实际应用的新方向,以植物纤维代替部分合成纤维,能够缓解土木工程建设对自然资源的损耗和生态环境的破坏,这对于土木工程建设的创新发展具有重要意义。基于此,本文研究了不同铺层顺序的亚麻/玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料对其综合力学性能及湿热耐久性能的影响;然后利用HFRP复合材料约束混凝土圆柱进行轴向抗压性能试验研究,拓宽了 HFRP复合材料应用于土木工程领域的范围,为HFRP复合材料-混凝土组合结构奠定了理论和设计基础。本文的主要研究内容如下:首先,对亚麻/玻璃纤维混杂复合材料进行力学及热性能试验,通过与纯亚麻纤维复合材料性能进行对比,揭示在相同混杂比条件下,不同铺层顺序对复合材料性能的影响机理。试验结果表明:HFRP复合材料的拉伸性能和弯曲性能均表现正混杂效应,各HFRP复合材料之间的拉伸性能没有明显的差距,但弯曲性能有显著差异;高强度玻璃纤维加入使混杂纤维复合材料的储能模量明显提高,且复合材料损耗因子也明显降低。其次,在不同温度的蒸馏水环境下,对HFRP复合材料进行湿热耐久性能试验,研究其长期的老化性能规律。试验结果表明:所有复合材料在不同温度的老化环境下的水吸收与扩散规律符合Fick水吸收定律模型,其弯曲性能呈现出先下降后趋于平稳发展的过程,层间剪切强度的劣化率高于抗弯曲强度。最后,研究了 HFRP复合材料约束混凝土圆柱试件进行的轴压性能试验,试验结果表明:HFRP复合材料约束混凝土圆柱构件的破坏模式基本一致,荷载-位移曲线和轴向应力-环向/轴向应变曲线的破坏趋势也基本相同,其主要差距在第二阶段的破坏过程,取决于各约束HFRP复合材料本身的综合力学性能。
关键词：混杂纤维增强复合材料;亚麻纤维;玻璃纤维;混凝土柱
学科专业：岩土工程
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 植物纤维复合材料的高性能化研究现状
1.2.1 植物纤维的结构及化学组成
1.2.2 植物纤维的高性能化改性工艺
1.3 混杂纤维复合材料的制备及相关性能研究现状
1.3.1 纤维增强复合材料的成型工艺
1.3.2 混杂纤维复合材料静力学性能的研究
1.3.3 混杂纤维复合材料动态机械热性能的研究
1.3.4 FRP复合材料湿热耐久性的研究
1.4 HFRP约束混凝土柱的轴压性能研究现状
1.4.1 FRP加固技术的发展现状
1.4.2 HFRP约束混凝土柱的轴压性能研究
1.5 本文研究内容和技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 技术路线
2 HFRP复合材料的力学及热性能研究
2.1 引言
2.2 试验部分
2.2.1 原材料
2.2.2 主要仪器及设备
2.2.3 亚麻纤维的处理及试样制备
2.3 试验方法
2.3.1 力学性能测试
2.3.2 纤维及复合材料微观测试
2.3.3 热稳定性能表征测试
2.4 试验结果与讨论
2.4.1 HFRP复合材料的拉伸性能
2.4.2 HFRP复合材料的三点弯曲性能
2.4.3 HFRP复合材料的热稳定性能
2.5 本章小结
3 HFRP复合材料的湿热耐久性能研究
3.1 引言
3.2 试验部分
3.2.1 试验原材料设备及试样制备
3.2.2 湿热老化试验条件与方案
3.3 试验方法
3.3.1 水吸收与扩散测试
3.3.2 三点弯曲性能测试
3.3.3 短梁剪切强度测试
3.4 试验结果与讨论
3.4.1 HFRP复合材料在不同温度蒸馏水环境下的水吸收与扩散
3.4.2 HFRP复合材料在不同温度蒸馏水环境下的三点弯曲性能
3.4.3 HFRP复合材料在不同温度蒸馏水环境下的层间剪切强度
3.5 本章小结
4 HFRP复合材料约束混凝土圆柱的轴压性能研究
4.1 引言
4.2 试验部分
4.2.1 素混凝土圆柱浇筑与养护
4.2.2 纤维布材料及树脂基体
4.2.3 主要仪器及设备
4.3 试验方法
4.3.1 素混凝土圆柱包裹复合材料
4.3.2 试验方法及测试内容
4.3.3 试验误差控制措施
4.4 试验结果与讨论
4.4.1 破坏模式及过程
4.4.2 特征荷载及荷载-位移曲线
4.4.3 耗能延性分析
4.4.4 应力-应变关系分析
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
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