荷載和惡劣環(huán)境下FRP增強結構耐久性研究.pdf

1、目前，隨著纖維增強復合材料(FRP)在土木工程結構加固中應用日益廣泛，這種新型加固方法的耐久性問題也引起了研究人員和工程人員極大地關注。本文結合國家重大基礎研究前期研究專項(973前期)“惡劣環(huán)境下纖維增強塑料混凝土構件耐久性研究”(2004CCA04100)和國家自然科學基金項目“荷載和惡劣環(huán)境耦合作用下FRP增強混凝土結構耐久性研究”(50608013)，研究了水環(huán)境、鹽水環(huán)境、堿性環(huán)境、干濕交替循環(huán)以及凍融循環(huán)作用對FRP與混凝土

2、粘結性能影響，同時在干濕交替對FRP與混凝土、鋼結構粘結性能影響中考慮了荷載效應影響。具體研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面： (1)通過FRP與混凝土在水環(huán)境、鹽水環(huán)境、堿性介質(zhì)、干濕交替循環(huán)以及凍融循環(huán)作用后的粘結試驗，研究各種腐蝕環(huán)境對FRP與混凝土粘結界面耐久性的影響。采用FRP與混凝土初始斷裂韌性作為評價指標，結果表明經(jīng)過水侵蝕、鹽水侵蝕、堿性介質(zhì)侵蝕、干濕交替循環(huán)試驗以及凍融循環(huán)作用后，F(xiàn)RP與混凝土的粘結界面破壞特征發(fā)生

3、了明顯變化，粘結試件的粘結端部位移-荷載曲線在初期仍然呈線性變化，但是所對應的初始開裂荷載減小，初始斷裂韌性下降。鹽水環(huán)境比水環(huán)境對FRP-混凝土粘結性能影響程度更大一些，尤其對于更長的試驗周期，鹽水對FRP與混凝土粘結性能的影響更加明顯。在相同試驗周期下，堿性環(huán)境對FRP與混凝土粘結性能影響程度明顯大于水環(huán)境的影響。因此依據(jù)本次試驗結果，說明堿性環(huán)境對FRP與混凝土粘結性能有較大的不利影響。在試驗周期較短的情況下，干濕交替環(huán)境對FRP

4、與混凝土粘結性能影響程度和水環(huán)境的影響接近，但隨著腐蝕時間的增加，干濕交替環(huán)境對FRP與混凝土粘結性能影響比水環(huán)境的影響明顯增加了。凍融循環(huán)對FRP與混凝土粘結性能有一定不利影響，并且隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，斷裂韌性有進一步下降的趨勢，但這種下降趨勢在超過150次凍融循環(huán)試驗后，逐漸趨于平穩(wěn)。 (2)在FRP與混凝土粘結耐久性試驗中，考慮了荷載效應的影響。試件采用梁式粘結試件，預加荷載的等級分別為極限荷載的30％和50％，腐蝕環(huán)境

5、采用干濕交替循環(huán)和鹽水復合作用，結果表明干濕交替環(huán)境對FRP與混凝土粘結性能有一定不利影響。在試驗中，經(jīng)過干濕交替試驗的粘結試件其極限荷載出現(xiàn)了不同程度下降，并且極限荷載有隨腐蝕時間增加而進一步下降的趨勢。在預加荷載較小時(30％極限荷載)，荷載對FRP-混凝土的粘結耐久性影響不大，施加較小荷載的試件并沒有表現(xiàn)出比相對試件粘結性能下降更多的數(shù)據(jù)。當荷載較大時(50％極限荷載)，荷載對FRP-混凝土的粘結耐久性產(chǎn)生了一定的不利影響，與未加

6、載試件以及30％極限荷載試件相比，在大部分的腐蝕周期中，50％荷載試件其極限荷載下降幅度都更大一些。 (3)通過進行FRP與鋼結構在凍融循環(huán)和干濕交替作用后的粘結性能試驗，研究了FRP與鋼結構粘結試件在腐蝕條件下的耐久性。結果表明：干濕交替循環(huán)對 FRP-鋼結構粘結性能有很大不利影響，15 次干濕交替試驗后FRP-鋼結構粘結極限荷載比對比試件有較大程度的下降，僅能達到對比試件極限荷載的43％。隨著FRP-鋼結構粘結試件受到干濕交

7、替循環(huán)次數(shù)增加，其粘結極限荷載有下降趨勢，但試驗周期增加到一定程度，這種下降趨勢趨于平緩。凍融循環(huán)作用對FRP-鋼結構粘結性能有很大不利影響，25 次凍融試驗后FRP-鋼結構粘結極限荷載比較對比試件有較大程度的下降,僅能達到對比試件極限荷載的40％。試件受到更多的凍融循環(huán)作用后(50～200次)，其極限荷載并沒有呈現(xiàn)出更大的下降趨勢，即極限荷載和凍融循環(huán)次數(shù)并沒有明顯的相關性。 (4)在FRP與鋼結構粘結耐久性試驗中，考慮了荷載

8、效應的影響。試件采用梁式粘結試件，預加荷載的等級分別為極限荷載的15％和30％，腐蝕環(huán)境采用干濕交替循環(huán)和鹽水復合作用，結果表明：荷載和干濕交替循環(huán)對FRP-鋼粘結性能有很大不利影響，初始荷載30％下120次干濕交替試驗后FRP-鋼粘結極限荷載比較對比試件有較大程度的下降，僅能達到對比試件極限荷載的22％。在本次試驗設計的初始荷載等級下(極限荷載 15％、25或30％)，受到干濕交替的試件其粘結強度與未施加初始荷載的試件相比沒有明顯下降