碳纖維抗彎加固鋼筋混凝土梁的剝離破壞研究.pdf

1、近十幾年來，隨著材料工業(yè)的發(fā)展，碳纖維增強復合材料(CFRP)在加固修復鋼筋混凝土結構上的應用迅猛發(fā)展起來。CFRP用于結構加固具有比強度高、便于施工、耐久性好等優(yōu)點，然而，加固結構容易發(fā)生剝離破壞的缺點成為制約其更廣泛應用的主要因素之一。本文采用理論推導、數(shù)值模擬、實驗研究等手段，對CFRP抗彎加固鋼筋混凝土梁的剝離破壞機理進行了系統(tǒng)研究，主要內容和成果如下： 對CFRP抗彎加固鋼筋混凝土梁的極限荷載和破壞模式進行了黑箱預測。

2、在極限荷載的預測上，提出了選擇性小波網(wǎng)絡集成(GAWNSEN)方法，通過與標準BP、標準RBF、GRNN、GASEN這四種方法的對比，顯示出其泛化能力強等優(yōu)點，在精度和穩(wěn)定性上都符合工程實用預測的要求。在破壞模式的預測上，嘗試用決策樹提取屬性重要度和決策規(guī)則，并用支持向量機方法進行精確預測。 采用雙重三角級數(shù)和最小余能原理推導了符合邊界條件的粘結應力公式，和基于Robert解法的公式進行了比較，并進行了參數(shù)分析：界面剪應力隨梁跨

3、增大而顯著增大；當梁跨固定時，最主要的影響因素是錨固長度，即隨錨固長度減小，界面剪應力顯著增大；FRP彈模和厚度的影響也較大，與剪應力成正比；膠層厚度和彈模的影響較小。 編制了綜合考慮裂縫在單一材料和界面內(采用VCCT方法)自動擴展的程序，研究片端混凝土保護層剝離破壞的裂縫發(fā)展過程，得到有關斷裂參數(shù)規(guī)律：裂縫沿縱筋水平發(fā)展時是Ⅰ型為主的復合型斷裂，在這個過程中，在CFRP片端的相應長度內，混凝土-膠、膠-CFRP的界面剪應力減

4、小并趨于0，該段CFRP逐漸喪失作用；裂縫沿界面擴展時以Ⅱ型斷裂為主，然而，正常情況下，混凝土-膠界面不是薄弱環(huán)節(jié)。在此基礎上，提出了基于線性斷裂理論的全新計算模型，推導了預測片端混凝土保護層剝離破壞時CFRP應變的公式，并用實驗數(shù)據(jù)做了校核，其性能優(yōu)于現(xiàn)有模型。 作為分析跨中剝離破壞的基礎，對直剪試件進行了理論分析，證明當直剪試件粘結長度足夠長時，極限剝離荷載和粘結滑移關系的具體形式無關，只與Ⅱ型斷裂能、CFRP彈模、寬度和厚

5、度有直接關系。用散斑干涉(ESPI)作為測試技術進行了44個雙剪試件的實驗，得到破壞形態(tài)、粘結滑移關系、斷裂能等規(guī)律：在保證膠層材料和施工質量的前提下，CFRP-混凝土粘結件的破壞發(fā)生在靠近界面的混凝土層中，是材料破壞而不是界面破壞，根據(jù)粘結滑移曲線的包絡面積得到剝離破壞的偏保守的斷裂能為0.3到0.8N/mm；粘結滑移曲線的峰值應力與混凝土立方體強度有關，應力峰值對應的滑移和極限滑移量受混凝土強度和CFRP形式等的影響不大，通過對滑移

6、剛度變化規(guī)律的分析，提出了由非線性上升段和線性下降段兩部分組成的CFRP-混凝土結合面粘結-滑移關系曲線的基本模式。 將直剪試件剝離荷載公式應用于梁時，必須考慮梁中的橫向裂縫分布和剝離裂縫裂端約束應力的影響。對189個對比試件進行了計算，發(fā)現(xiàn)CFRP厚度對直剪試件與對應受彎試件的Ⅱ型應力強度因子之比的影響最顯著。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)了橫向裂縫對剝離荷載的影響規(guī)律。推導了預測跨中剝離破壞時CFRP應變的公式，并與現(xiàn)有模型做了比較。