CFRP-混凝土界面疲勞性能研究.pdf

1、由于交通運(yùn)輸量的日益增長(zhǎng)，在役橋梁的疲勞損傷越來(lái)越引起人們的關(guān)注。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Fibre reinforced polymer，簡(jiǎn)稱FRP）由于具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的加固工程中。在FRP片材加固技術(shù)中，F(xiàn)RP與混凝土之間的界面既是關(guān)鍵的傳力部位，也是加固構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)。FRP—混凝土界面的疲勞剝離是FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的主要破壞模式之一。因此，開(kāi)展疲勞載荷作用下FRP—混凝土界面粘結(jié)性能

2、及其壽命預(yù)測(cè)的研究，對(duì)確定FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性以及維護(hù)加固周期等方面具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（簡(jiǎn)稱CFRP）外貼混凝土搭接受彎構(gòu)件為研究對(duì)象，采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，探討常幅疲勞載荷作用下CFRP—混凝土界面的裂紋擴(kuò)展規(guī)律、粘結(jié)—滑移關(guān)系以及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)基于現(xiàn)有針對(duì)FRP—混凝土界面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)FRP—混凝土

3、界面的粘結(jié)機(jī)理進(jìn)行分析，系統(tǒng)歸納了已有的界面粘結(jié)滑移本構(gòu)模型和界面剝離模型，并對(duì)界面粘結(jié)性能指標(biāo)的影響因子進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):混凝土強(qiáng)度、FRP粘結(jié)長(zhǎng)度、FRP剛度、寬度比、粘結(jié)膠性能等是影響界面粘結(jié)性能的主要因素;界面的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系接近拋物線，雙線性模型為精度較高的簡(jiǎn)化模型;與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、設(shè)計(jì)模型相比，基于斷裂力學(xué)的界面剝離承載力模型更能合理解釋其粘結(jié)破壞機(jī)理。
　　(2)通過(guò)設(shè)計(jì)CFRP—混凝土彎剪搭接構(gòu)件，實(shí)施不同混凝土

4、強(qiáng)度CFRP—混凝土界面的靜載實(shí)驗(yàn)，對(duì)CFRP—混凝土界面的破壞模式、剝離承載力、應(yīng)變分布規(guī)律、以及粘結(jié)滑移關(guān)系等方面進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，給出了基于雙曲線模型、雙線性模型、拋物線模型的CFRP—混凝土界面粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系，分析了各個(gè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，并給出了曲線特征參數(shù)的計(jì)算公式。研究結(jié)果表明:靜載下CFRP—混凝土受彎界面破壞模式為界面剝離破壞，剝離在混凝土層擴(kuò)展;本文提出的剝離模型與彎剪試件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，與其它模型相比，本文的

5、模型具有更優(yōu)的預(yù)測(cè)結(jié)果。
　　(3)通過(guò)實(shí)施CFRP—混凝土界面的常幅疲勞實(shí)驗(yàn)，分析了疲勞荷載作用下界面破壞機(jī)理，監(jiān)測(cè)了界面裂紋擴(kuò)展速率，并結(jié)合疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給出了疲勞荷載作用下界面粘結(jié)滑移的退化規(guī)律。研究結(jié)果表明:在疲勞荷載作用下，CFRP—混凝土受彎界面的剝離可能發(fā)生在混凝土層或在CFRP與膠層之間2種情況;疲勞荷載下的界面裂紋擴(kuò)展規(guī)律分為3個(gè)階段:快速增長(zhǎng)階段，穩(wěn)定增長(zhǎng)階段，以及失穩(wěn)增長(zhǎng)階段;隨著疲勞荷載次數(shù)的增加，界面粘結(jié)