近年來，儲量豐富的海砂資源作為混凝土的替代資源得到了應(yīng)用和推廣，但是海砂中氯離子含量過高如不經(jīng)處理而直接應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中，會引發(fā)鋼筋的過早腐蝕，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。為了去除海砂中的氯離子等雜質(zhì)，需使用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行淡化處理，增加海砂使用成本的同時(shí)，也會消耗大量的淡水資源。因此，如果能夠利用海砂替代傳統(tǒng)河砂、海水作為建筑用水制備出可以抵抗海水海砂腐蝕且符合使用要求的建筑材料，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益并能實(shí)現(xiàn)河砂資源的可持續(xù)利用。

針對海水海砂氯離子含量過高以及混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕問題，新材料和新型結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上的研究與應(yīng)用引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。其中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer，簡稱FRP)由于具有耐腐、輕質(zhì)、高強(qiáng)和施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，其在土木工程中的應(yīng)用己成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。因此，將具有優(yōu)越耐久性的FRP材料代替鋼筋運(yùn)用于沿海/海洋基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，不僅可以提升結(jié)構(gòu)的耐久性，還可以采用豐富的海砂海水資源作為建筑材料制造混凝土。然而，F(xiàn)RP筋作為完全線彈性的脆性材料，具有較低的彈性模量，沒有類似于鋼筋的屈服平臺，使得傳統(tǒng)的FRP筋增強(qiáng)混凝土受彎構(gòu)件(如梁)的延性遠(yuǎn)低于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，會產(chǎn)生相對較大的裂縫、撓度，呈現(xiàn)出脆性破壞，嚴(yán)重限制了FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用。

針對傳統(tǒng)的FRP筋混凝土梁構(gòu)件在受力破壞過程中不具備延性或者延性較差的問題，相關(guān)研究者提出了多種纖維混合筋、FRP?鋼組合筋以及預(yù)制的受壓區(qū)延性塊等解決方案，但也存在一定的局限性。因此，探索和研究一種環(huán)境友好、資源節(jié)約且能有效提高FRP筋混凝土受彎梁構(gòu)件的延性性能的方法，具有顯著的工程價(jià)值和研究意義。

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種全FRP筋增強(qiáng)海水海砂混凝土高延性梁及其應(yīng)用，其目的在于，提高FRP筋混凝土受彎梁構(gòu)件的延性性能，同時(shí)有效增強(qiáng)混凝土梁的極限承載力和抗剪強(qiáng)度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一方面，提出了一種全FRP筋增強(qiáng)海水海砂混凝土高延性梁，包括FRP縱向受拉筋、FRP架立筋、FRP螺旋筋和FRP箍筋，其中：FRP縱向受拉筋、FRP架立筋、FRP螺旋筋均沿梁縱軸方向布置，且FRP螺旋筋位于FRP縱向受拉筋和FRP架立筋之間；FRP箍筋與FRP縱向受拉筋垂直，并沿梁縱軸方向布置，該FRP箍筋與FRP縱向受拉筋、FRP架立筋、FRP螺旋筋綁扎成整體，共同形成FRP筋骨架，F(xiàn)RP螺旋筋位于FRP筋骨架上部；FRP筋骨架內(nèi)由混凝土填充澆筑。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種全FRP筋增強(qiáng)海水海砂混凝土高延性梁的應(yīng)用，將FRP筋增強(qiáng)高延性梁用于海水海砂混凝土結(jié)構(gòu)、海洋環(huán)境下或要求電磁隔離的結(jié)構(gòu)中。

本發(fā)明主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1.與常規(guī)FRP筋混凝土梁相比，本發(fā)明通過采用FRP螺旋筋對梁受壓區(qū)混凝土進(jìn)行有力約束，在受壓區(qū)域形成具有良好變形能力的壓縮屈服塑性鉸，使梁從突然發(fā)生的脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N有征兆的延性破壞過程，此受力機(jī)制為結(jié)構(gòu)失效提供了安全預(yù)警，增加了安全儲備。此外，F(xiàn)RP螺旋筋的約束作用大大提高了受壓區(qū)混凝土極限壓應(yīng)變和抵抗變形能力，在提升梁延性能力的同時(shí)，有效增強(qiáng)了混凝土梁的極限承載力和抗剪強(qiáng)度，并能延緩斜裂縫的發(fā)展。

2.本發(fā)明混凝土梁為全FRP筋骨架構(gòu)件，可以充分發(fā)揮FRP筋輕質(zhì)高強(qiáng)和耐腐蝕性特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的風(fēng)險(xiǎn)，提高了梁的耐久性，用于沿海工程或島礁工程效果更突出；同時(shí)，由于本發(fā)明混凝土梁不采用鋼材，F(xiàn)RP筋材的非導(dǎo)電性和非磁性同樣適用于有著抗電磁干擾等特殊功能要求的建筑物中。

3.本發(fā)明將FRP螺旋筋構(gòu)件固定于FRP筋骨架的上部空間、混凝土梁的頂部受壓區(qū)域，且在梁中部L/3(L為梁凈跨長)段進(jìn)行密螺旋間距配置，另外兩側(cè)段則采取相對稀疏的2～4倍密螺旋間距配置，此構(gòu)造機(jī)制在保證梁跨中在較強(qiáng)約束下形成有效塑性鉸進(jìn)而提高延性的同時(shí)，又增強(qiáng)了梁其他區(qū)域的延性和抗剪承載力等力學(xué)性能，且大大減少了梁全部采取密間距布置FRP螺旋筋的材料用量。

4.本發(fā)明采用兩根不同螺旋直徑的FRP螺旋筋同心套設(shè)，或兩根相同螺旋直徑的FRP螺旋筋交叉重疊并排布置，可以進(jìn)一步增強(qiáng)FRP螺旋筋對梁跨中混凝土的約束效果，并能避免單根FRP螺旋筋布置時(shí)由于過密間距而導(dǎo)致混凝土澆筑不密實(shí)或澆筑工藝難度大的問題。

5.本發(fā)明采用環(huán)境友好、儲量豐富的海水海砂代替?zhèn)鹘y(tǒng)的淡水河砂作為混凝土的集料，尤其適用于沿海工程，便于就地取材，造價(jià)低廉，并能夠大大緩解淡水、河砂資源日趨緊缺的問題，綠色節(jié)約、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資源利用可持續(xù)。