基于碳纖維傳感的自監(jiān)測FRP混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究.pdf

1、碳纖維不僅具有高強(qiáng)度、高彈模、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有導(dǎo)電性和壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)使碳纖維作為結(jié)構(gòu)材料的同時，也具有潛在的自傳感功能。但碳纖維是一種完全線彈性材料，存在比較嚴(yán)重的“脆性”破壞，通過纖維間的混雜可以得到類似于普通低碳鋼材的“偽屈服”現(xiàn)象，克服碳纖維復(fù)合材料的“脆性”破壞行為。
　　本文首先介紹了碳纖維壓阻效應(yīng)，詳細(xì)研究了碳纖維的傳感性能及其在混凝土結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。其中碳纖維傳感在本文中分為兩個方面：一是碳

2、纖維束傳感器，此時碳纖維束不具備作為結(jié)構(gòu)材料的承載作用，只被用作傳感；二是自傳感碳纖維布，并與玄武巖纖維布混雜，此時碳纖維作為結(jié)構(gòu)材料的同時，也具有傳感功能。
　　然后，研究了長標(biāo)距碳纖維傳感器的應(yīng)變監(jiān)測性能，其中碳纖維傳感器由碳纖維束和測量電極構(gòu)成，并經(jīng)樹脂浸漬、固化而成。通過往復(fù)拉伸試驗(yàn)，得到了穩(wěn)定的碳纖維傳感器標(biāo)定系數(shù)，其值在2.1-3.1范圍之間；電阻變化率△R/Ro和應(yīng)變之間的線性度良好，線性擬合度均超過0.992。同時

3、，研究了長標(biāo)距碳纖維傳感器在混凝土梁上的應(yīng)用，采用定點(diǎn)粘貼和全面粘貼兩種方式對RC梁進(jìn)行分布式監(jiān)測，并對兩種傳感器布設(shè)方式進(jìn)行了比較；試驗(yàn)結(jié)果表明：定點(diǎn)粘貼和全面粘貼兩種布置方式均能對RC梁的開裂、鋼筋屈服等損傷進(jìn)行準(zhǔn)確的捕捉。其中，全面粘貼布置時長標(biāo)距碳纖維傳感器電阻變化率較大，且對RC梁裂縫出現(xiàn)及開展更為敏感；而定點(diǎn)粘貼布置時長標(biāo)距碳纖維傳感器可實(shí)現(xiàn)標(biāo)距長度內(nèi)平均應(yīng)變的監(jiān)測，線性度和穩(wěn)定性更好，測量結(jié)果與長標(biāo)距FBG傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)

4、吻合良好。
　　最后，在混雜纖維傳感原理的基礎(chǔ)上，研究了碳纖維和玄武巖纖維混雜片材的力學(xué)和自傳感性能，及其在混凝土結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。通過混雜不僅能提升復(fù)合材料的力學(xué)性能，同時還能改善碳纖維的傳感性能，測量混雜復(fù)合材料電阻變化可定性地反映其應(yīng)變和損傷狀況。碳纖維和高延性玄武巖纖維的混雜，不僅能提高混雜效果和經(jīng)濟(jì)性，而且還能利用玄武巖纖維的電磁屏蔽及非導(dǎo)電特性對碳纖維起到良好的保護(hù)作用。在此基礎(chǔ)上，采用預(yù)應(yīng)力混雜纖維布對RC梁進(jìn)行抗彎加固

5、。通過施加預(yù)應(yīng)力，提高了纖維的利用率和碳纖維自監(jiān)測功能以及混凝土梁的加固效果，加固梁的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載均有大幅的提高：其中開裂荷載提高了44％以上，屈服荷載提高了26％以上，極限荷載相應(yīng)的提高了36％以上。試驗(yàn)結(jié)果表明：RC梁整個加載過程中出現(xiàn)的混凝土開裂、混雜纖維板滑移、鋼筋屈服和纖維斷裂等損傷階段均能被準(zhǔn)確的捕捉：混凝土開裂、鋼筋屈服時電阻變化率曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)；混雜纖維板滑移時電阻變化率增長趨勢變緩；纖維斷裂時電阻變化率出