環(huán)境與荷載共同作用下FRP加固混凝土耐久性.pdf

1、纖維增強(qiáng)聚合物(FRP)具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度高和易于施工等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固。但關(guān)于這類材料增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究仍不充分，尤其對(duì)遭受惡劣環(huán)境與荷載共同作用下的耐久性研究。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“荷載和惡劣環(huán)境耦合作用下FRP增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究”(50608013)，研究了荷載與惡劣環(huán)境共同作用下碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)片材、玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GFRP)片材、CFRP與混凝土粘結(jié)性能、CFRP加固混凝土梁

2、的耐久性能，主要包括以下幾個(gè)方面：
　　 1.根據(jù)單面搭接一維經(jīng)典彈性理論，考慮膠層的彈塑性，推導(dǎo)了FRP單面搭接“有效粘結(jié)長(zhǎng)度”的計(jì)算公式。并手工制作了12組FRP單面搭接試件，考察了FRP與FRP界面的粘結(jié)應(yīng)力分布，對(duì)搭接長(zhǎng)度進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于任何搭接長(zhǎng)度工況，最大剪應(yīng)力發(fā)生在搭接的端部區(qū)域；CFRP的有效搭接長(zhǎng)度大約在75mm-100mm，GFRP的有效搭接長(zhǎng)度大約在100mm-125mm，公式計(jì)算的有效搭接長(zhǎng)

3、度與試驗(yàn)結(jié)果吻合。根據(jù)本文的有效搭接長(zhǎng)度，進(jìn)行了荷載與惡劣環(huán)境共同作用下CFRP與CFRP搭接的耐久性試驗(yàn)，環(huán)境因素考慮凍融循環(huán)、干濕交替和濕熱，荷載等級(jí)考慮極限荷載的30％和60％。結(jié)果表明了本文的CFRP有效搭接長(zhǎng)度在荷載與惡劣環(huán)境(凍融循環(huán)、干濕交替和濕熱)共同作用下可以滿足耐久性要求。
　　 2.研究荷載與惡劣環(huán)境共同作用下CFRP和GFRP片材的耐久性能，環(huán)境因素考慮凍融循環(huán)、干濕交替和濕熱，荷載等級(jí)考慮極限荷載的30

4、％和60％。結(jié)果表明：荷載與環(huán)境雙因素作用對(duì)CFRP片材和GFRP片材的抗拉強(qiáng)度和延伸率影響較大，對(duì)彈性模量影響較小。根據(jù)損傷分析，給出了凍融循環(huán)與荷載共同作用下CFRP片材剩余強(qiáng)度損傷模型；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，給出了凍融循環(huán)、干濕交替和濕熱環(huán)境下GFRP片材抗拉強(qiáng)度的退化模型。
　　 3.對(duì)遭受30℃，40℃，50℃和60℃堿溶液作用后的CFRP和GFRP片材進(jìn)行了靜力拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著老化時(shí)間的增加，CFRP和GFRP片

5、材的抗拉強(qiáng)度、彈性模量和延伸率逐漸降低，溫度越高，降低速度越快。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用修正的阿倫尼烏斯模型進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)分析。
　　 4.研究荷載與惡劣環(huán)境共同作用下CFRP與混凝土的界面粘結(jié)性能，環(huán)境因素考慮凍融循環(huán)、干濕交替和濕熱，荷載等級(jí)考慮極限荷載的30％和60％。試驗(yàn)結(jié)果表明：凍融循環(huán)、干濕交替和濕熱環(huán)境下，對(duì)于未加載工況下，CFRP與混凝土的界面斷裂能Gf、滑移量δf，和峰值剪應(yīng)力τf，隨腐蝕天數(shù)的增加逐漸降低；在持載工況

6、下，CFRP與混凝土的界面斷裂能Gf、滑移量δf和峰值剪應(yīng)力τf降低程度大于未持載工況，并隨著持載等級(jí)的增加，降低越大。
　　 5.對(duì)8根荷載與干濕交替作用后的CFRP加固混凝土梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究。首先采用4點(diǎn)分加載方式對(duì)梁進(jìn)行預(yù)裂，卸載后粘貼CFRP片材，然后放入腐蝕環(huán)境。荷載等級(jí)考慮極限荷載的30％和60％，干濕交替次數(shù)考慮90次和180次。試驗(yàn)結(jié)果表明：荷載與干濕交替雙因素作用對(duì)CFRP加固梁的承載力和破壞形態(tài)影響較大，主要