【摘要】：近年來,將外貼碳纖維增強復合材料(CFRP)用于加固修復鋼結(jié)構受到國內(nèi)外越來越多的關注。與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構加固修復技術相比,外貼CFRP具有自重輕、施工方便、耐腐蝕、抗疲勞、無殘余應力等諸多優(yōu)勢。但是在室外環(huán)境下,受水汽影響,CFRP中的碳纖維易對鋼材產(chǎn)生電腐蝕,使界面粘結(jié)性能降低。將CFRP與GFRP組合使用,內(nèi)外層采用GFRP,中間層采用CFRP,構成層間混雜FRP,可以有效避免電腐蝕問題。但是目前國內(nèi)外關于層間混雜FRP與鋼膠接界面粘結(jié)性能的研究相對較少。本文首先進行了36個FRP與鋼單面膠接接頭拉伸試驗,對比研究了層間混雜FRP-鋼膠接界面與1層CFRP和3層CFRP-鋼膠接界面在拉伸荷載-位移曲線、破壞荷載、極限位移、破壞模式和有效粘結(jié)長度等力學性能上的差異。試驗結(jié)果表明,層間混雜FRP-鋼膠接界面破壞荷載介于1層CFRP和3層CFRP-鋼膠接界面之間,且接近與3層CFRP-鋼膠接界面試驗結(jié)果;層間混雜FRP與鋼膠接界面的有效粘結(jié)長度大于1層CFRP與鋼膠接界面,且與3層CFRP與鋼膠接界面的有效粘結(jié)長度接近。然后,利用ABAQUS對試件的力學性能進行了非線性靜態(tài)分析,在驗證了有限元模型準確性的基礎上,通過各層FRP的應變分布情況對比,發(fā)現(xiàn)了內(nèi)外層GFRP和中間層CFRP的相互約束作用。數(shù)值模擬參數(shù)分析表明,隨著內(nèi)外層GFRP布和中間層CFRP布剛度的提高,界面破壞荷載均有所提高,但有效粘結(jié)長度變化并不明顯。最后,對已報道的CFRP-鋼膠接界面極限荷載和有效粘結(jié)長度模型進行了收集和評估,基于評估結(jié)果,考慮內(nèi)外層GFRP與中間層CFRP之間的相互約束作用,建議了適用于層間混雜FRP與鋼膠接界面的極限荷載和有效粘結(jié)長度計算方法。
【圖文】：

2(c) 鋼橋加固[8]圖1.1 FRP在鋼結(jié)構加固修復工程中的應用示例Fig 1.1 Application of FRP for strengthening steel structures

圖1.4 FRP與鋼膠接界面破壞模式示意圖[32]Fig 1.4 Schematic view of failure modes of FRP-to-steel adhesively-bonded joints.5.3 數(shù)值模擬研究目前關于 CFRP 與鋼膠接界面粘結(jié)性能的數(shù)值模擬研究比較有限。李傳習[34]基于二維粘聚力模型模擬界面性能，分析結(jié)果表明膠層剪應力對單剪接頭的界面粘結(jié)強度影響很大。Heshmati 等人[35]發(fā)現(xiàn)三維模型相較于二維模型預果更為準確，因為接頭膠層存在橫向應力分布不均的情況。而采用三維模型算機性能有較高的要求，為減小計算規(guī)模，依據(jù)幾何結(jié)構和材料的對稱性，，試件的八分之一部分進行建模[9, 12, 19]。通過位移增量加載，以模擬鋼板加載邊均勻位移[12, 18]。CFRP 加固鋼結(jié)構的薄弱環(huán)節(jié)是鋼與 CFRP 界面之間的膠粘劑載通過膠層從鋼轉(zhuǎn)移到 CFRP，因此在膠層上的網(wǎng)格劃分需要更為精細[18, 19]。劑與 FRP、鋼板之間的界面連接處理采用“綁定（tie）”的方法[18]。目前 CFR鋼膠接界面粘結(jié)性能的數(shù)值模擬研究大多集中在數(shù)值模擬與試驗的對比上[9, 9, 28]，相關界面機理研究較少。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU398.9

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本文編號：2694501