CFRP-混凝土界面疲勞性能研究.pdf

1、由于交通運輸量的日益增長，在役橋梁的疲勞損傷越來越引起人們的關(guān)注。纖維增強復合材料（Fibre reinforced polymer，簡稱FRP）由于具有輕質(zhì)高強、抗疲勞、耐久性好等優(yōu)點，近年來被廣泛應用于橋梁結(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、及其壽命預測的研究，對確定FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性以及維護加固周期等方面具有重要的科學意義和工程應用價值。
　　本文以碳纖維增強復合材料（簡稱CFRP）外貼混凝土搭接受彎構(gòu)件為研究對象，采用理論分析與實驗研究相結(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展規(guī)律、粘結(jié)—滑移關(guān)系以及疲勞壽命預測方法。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)基于現(xiàn)有針對FRP—混凝土界面的實驗結(jié)果，對FRP—混凝土

3、界面的粘結(jié)機理進行分析，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，并對界面粘結(jié)性能指標的影響因子進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):混凝土強度、FRP粘結(jié)長度、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化模型;與經(jīng)驗模型、設計模型相比，基于斷裂力學的界面剝離承載力模型更能合理解釋其粘結(jié)破壞機理。
　　(2)通過設計CFRP—混凝土彎剪搭接構(gòu)件，實施不同混凝土

4、強度CFRP—混凝土界面的靜載實驗，對CFRP—混凝土界面的破壞模式、剝離承載力、應變分布規(guī)律、以及粘結(jié)滑移關(guān)系等方面進行了分析。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，分析了各個模型的優(yōu)缺點，并給出了曲線特征參數(shù)的計算公式。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，剝離在混凝土層擴展;本文提出的剝離模型與彎剪試件的實驗結(jié)果吻合較好，與其它模型相比，本文的

5、模型具有更優(yōu)的預測結(jié)果。
　　(3)通過實施CFRP—混凝土界面的常幅疲勞實驗，分析了疲勞荷載作用下界面破壞機理，監(jiān)測了界面裂紋擴展速率，并結(jié)合疲勞實驗結(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展規(guī)律分為3個階段:快速增長階段，穩(wěn)定增長階段，以及失穩(wěn)增長階段;隨著疲勞荷載次數(shù)的增加，界面粘結(jié)