高溫下鋼筋和CFRP加固層與混凝土粘結性能分析.pdf

1、在鋼筋混凝土構件中，鋼筋和碳纖維增強復合材料（CFRP）與混凝土保持良好的的粘結性能是保證結構構件正常工作的根本條件，這種粘結作用是一種非常復雜的交互作用過程，它傳遞了鋼筋或碳纖維增強復合材料（CFRP）與混凝土兩者間的應力，使二者變形協(xié)調。鋼筋和碳纖維增強復合材料（CFRP）與混凝土的粘結性能的損傷和退化對于鋼筋混凝土構件的剛度和承載力的變化及裂縫的發(fā)展都有著重要的影響。目前已有的研究結果表明：混凝土應力狀態(tài)、裂縫的擴展狀態(tài)、鋼筋和碳

2、纖維增強復合材料（CFRP）與混凝土力學性能等各種因素的變化，都會對二者之間的粘結滑移本構關系產生明顯的影響。
　　近些年來，對于高溫下和高溫后鋼筋和碳纖維增強復合材料（CFRP）與混凝土之間粘結性能的損傷和退化研究受到了國內外學者的高度重視，并就此開展了一系列的試驗研究，取得一定的研究成果。但由于影響鋼筋和碳纖維增強復合材料（CFRP）與混凝土之間粘結效應的因素較多，其損傷和破壞機理極為復雜，高溫試驗技術和條件比較困難等方面的原

3、因，對于高溫下和高溫后鋼筋和碳纖維增強復合材料（CFRP）與混凝土的粘結性能的變化研究還不是十分深入，因此有必要對高溫下和高溫后鋼筋和碳纖維增強復合材料（CFRP）與周邊混凝土之間的粘結性能開展理論與試驗研究，以便可靠地確定高溫對鋼筋混凝土結構構件造成的損傷，合理地評估高溫下建筑結構的承載能力和力學性能變化。
　　本文在前人的工作基礎上，對高溫下鋼筋和碳纖維增強復合材料（CFRP）與混凝土之間粘結性能做了進一步的研究，主要研究工作

4、如下：
　　1.從斷裂力學中的能量原理出發(fā)，將高溫下鋼筋混凝土單元簡化為具有內部粘結摩擦界面的彈性單元體，并將高溫和外力作用下鋼筋與混凝土在粘結界面處的脫粘過程模擬為二者在其粘結界面處的微裂紋的擴展過程，分析了高溫下二者在其粘結界面處的脫粘過程和能量關系，建立了基于能量關系的高溫脫粘準則。在此基礎上分析了高溫下鋼筋混凝土抗拉構件在鋼筋與混凝土粘結界面處的脫粘變化過程，并分別基于能量分析準則和強度分析準則，建立了在不考慮界面發(fā)生軟化

5、和考慮界面發(fā)生軟化兩種條件下，鋼筋與周邊混凝土在高溫條件下在其粘結摩擦界面處的理論脫粘模型，得到了在此兩種情況下粘結界面粘結強度的理論解，并將理論數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)作了對比。
　　2.根據(jù)強度原理和力的平衡條件，考慮高溫對結構材料力學性能的影響，詳細分析和求解高溫下鋼筋和混凝土在粘結區(qū)內的粘結剪應力變化情況。根據(jù)推導的粘結剪應力和相對滑移值的理論計算公式，計算分析了當滑移量位于f(x)時，20℃~190℃不同溫度范圍內結構試件鋼筋與混

6、凝土之間的粘結界面不同位置處的粘結應力和相對滑移值的變化，給出了不同溫度下的粘結應力—滑移量曲線，并對不同溫度下鋼筋和混凝土之間的粘結性能進行了研究。
　　3.通過兩組18個試件在20℃~190℃不同溫度范圍內的試驗研究，對鋼筋和混凝土粘結界面之間的粘結應力和相對滑移量的變化分別進行了測量和分析，試驗以粘結段自由端和加載端的滑移量為本次試驗測量的重點，測得數(shù)據(jù)可以用于檢驗理論分析得出的鋼筋和混凝土粘結界面粘結應力和相對滑移值計算公

7、式的合理性，對比分析表明理論分析結果和試驗結果吻合比較理想。
　　4.考慮溫度對CFRP材料力學性能的影響，分析了CFRP加固混凝土梁結構中混凝土與CFRP加固層之間發(fā)生剪切失效模式和粘結剪切應力的變化，建立了不同溫度下混凝土與CFRP加固層之間粘結剪切應力和剝落應力的計算模型和表達式。
　　5.通過算例對一混凝土梁在不同溫度下不同厚度的CFRP加固層和混凝土間的粘結剪切應力隨溫度的變化進行了計算分析，給出了高溫下粘結層剪切