氯離子環(huán)境下BFRP-混凝土界面疲勞性能研究.pdf

1、沿海地區(qū)在役橋梁常常要經(jīng)受氯離子侵蝕和疲勞荷載的共同作用，導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)存在一定的安全隱患。玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(BFRP)由于具備重量輕、抗腐蝕和疲勞性強(qiáng)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，正被廣泛地應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的加固工程中。BFRP片材加固技術(shù)是將BFRP外貼于混凝土表面，BFRP－混凝土界面既是傳遞應(yīng)力的關(guān)鍵部位，又是加固構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)。因此，氯離子腐蝕環(huán)境中界面粘結(jié)性能的退化規(guī)律是計(jì)算沿海地區(qū)BFRP加固構(gòu)件承載能力和疲勞壽命的關(guān)鍵問題。然而，

2、目前國(guó)內(nèi)外對(duì)海洋環(huán)境下BFRP－混凝土界面力學(xué)性能的研究還相當(dāng)欠缺，鮮見關(guān)于氯離子環(huán)境下界面疲勞性能的研究，極大限制了該項(xiàng)加固技術(shù)在沿海地區(qū)中推廣與應(yīng)用。為此，本研究以BFRP－混凝土界面為研究對(duì)象，探索其在氯離子環(huán)境下的粘結(jié)滑移退化規(guī)律和疲勞失效機(jī)理。通過設(shè)計(jì)和實(shí)施一系列BFRP－混凝土界面的腐蝕實(shí)驗(yàn)，開展界面搭接構(gòu)件的靜力和常幅疲勞實(shí)驗(yàn)研究，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立了界面粘結(jié)滑移經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并提出疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如

3、下：
　?。?）加固材料的耐久性研究是探討 FRP-混凝土界面性能的基礎(chǔ)，本研究通過實(shí)施不同腐蝕時(shí)間的干濕循環(huán)試驗(yàn)，分析了干濕循環(huán)氯離子環(huán)境對(duì)BFRP片材、粘結(jié)樹脂（環(huán)氧）以及混凝土基本力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，BFRP片材的抗拉強(qiáng)度和極限應(yīng)變性能受氯離子腐蝕環(huán)境影響較大，其均隨著腐蝕程度的增加而明顯下降，但BFRP片材彈性模量受氯離子環(huán)境影響較小。環(huán)氧樹脂的抗拉強(qiáng)度、極限應(yīng)變和彈性模量在氯離子環(huán)境中均有不同程度的下降，其中抗

4、拉強(qiáng)度與彈性模量受環(huán)境影響較大?；炷恋目箟簭?qiáng)度隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加有上升的趨勢(shì)，主要原因是在短期的腐蝕環(huán)境中，混凝土發(fā)生水化反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土抗壓性能的上升。
　?。?）設(shè)計(jì)了 BFRP-混凝土界面搭接構(gòu)件，實(shí)施了不同腐蝕程度后搭接構(gòu)件的四點(diǎn)彎曲靜載實(shí)驗(yàn)，分析了氯離子環(huán)境對(duì)BFRP-混凝土界面的靜載破壞模式、應(yīng)變演化規(guī)律、極限承載力以及粘結(jié)滑移關(guān)系等方面的影響。研究結(jié)果表明：未腐蝕構(gòu)件的破壞模式主要為BFRP-混凝土界面剝離破壞

5、，而干濕循環(huán)180天之后，加固構(gòu)件的破壞模式則變?yōu)锽FRP斷裂破壞；氯離子環(huán)境使得加固界面的BFRP應(yīng)變發(fā)展速度加快，且減小了界面的有效粘結(jié)長(zhǎng)度。結(jié)合本研究靜力實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)有界面的粘結(jié)滑移模型，建立了基于Popovics模型的BFRP-混凝土界面粘結(jié)滑移經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>　?。?）實(shí)施了一系列 BFRP-混凝土界面的常幅疲勞實(shí)驗(yàn)，研究了氯離子環(huán)境對(duì)界面的破壞模式、應(yīng)變演化規(guī)律、裂紋擴(kuò)展速率以及粘結(jié)滑移關(guān)系的影響，探討了腐蝕環(huán)境中疲勞荷載

6、作用下BFRP-混凝土界面粘結(jié)滑移的退化規(guī)律。研究結(jié)果表明，腐蝕0天和180天主要發(fā)生BFRP-樹脂界面的剝離破壞，而經(jīng)過干濕循環(huán)270天之后，加固構(gòu)件主要發(fā)生BFRP斷裂破壞。在疲勞荷載作用下，加固構(gòu)件的撓度與界面裂紋擴(kuò)展主要分為3個(gè)階段：加載初期的快速增長(zhǎng)、中期的穩(wěn)定增長(zhǎng)以及破壞前失穩(wěn)增長(zhǎng)階段。值得提出的是，氯離子腐蝕環(huán)境加速了界面疲勞裂紋的擴(kuò)展速率。
　?。?）結(jié)合本研究的靜力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析現(xiàn)有的界面剝離承載力模型的適用性。