【摘要】：碳纖維增強復合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,簡稱CFRP)由于具有高強、輕質、非磁性、耐久性好、施工方便等優(yōu)點在既有結構的改造加固中得到廣泛應用。CFRP增強混凝土結構是通過CFRP與混凝土界面間的粘結力實現(xiàn)兩種材料之間的荷載傳遞,從而使兩種材料組合在一起協(xié)同工作,因此CFRP-混凝土界面的粘結性能是外貼CFRP增強混凝土結構技術的關鍵。在實際工程中,許多經(jīng)CFRP增強的混凝土結構常處于惡劣環(huán)境中,CFRP-混凝土界面在惡劣環(huán)境下的耐久性直接關系到CFRP增強混凝土結構的長期受力性能。目前,對CFRP-混凝土界面的耐久性研究仍不充分,本文結合國家自然科學基金項目“西部寒旱地區(qū)硫酸鹽環(huán)境及荷載共同作用下FRP-砼界面粘結性能退化規(guī)律及劣化機理研究”(51368053),采用硫酸鹽持續(xù)浸泡和硫酸鹽干濕循環(huán)兩種加速侵蝕試驗來模擬硫酸鹽侵蝕環(huán)境,對CFRP-混凝土界面各組成部分在硫酸鹽侵蝕作用下的力學性能進行試驗研究,探討硫酸鹽環(huán)境下CFRP-混凝土界面粘結性能退化規(guī)律和劣化機理。本文的主要研究內容和結論如下:(1)通過CFRP片材在室溫、硫酸鹽持續(xù)浸泡、硫酸鹽干濕循環(huán)作用下的拉伸試驗,研究了硫酸鹽侵蝕環(huán)境對CFRP片材破壞形態(tài)、應力-應變關系、抗拉強度、彈性模量、伸長率的影響。試驗結果表明,硫酸鹽侵蝕作用對CFRP片材力學性能影響較小。(2)通過硫酸鹽持續(xù)浸泡和硫酸鹽干濕循環(huán)作用下混凝土耐久性試驗,對硫酸鹽侵蝕作用下混凝土抗壓強度隨侵蝕時間的退化規(guī)律進行了研究,分析了混凝土水膠比、粉煤灰摻量、硫酸鹽濃度變化對混凝土抗壓強度的影響。試驗結果表明,適當減小混凝土水膠比和增加粉煤灰摻量可以提高混凝土在硫酸鹽侵蝕環(huán)境中的耐久性;通過對試驗數(shù)據(jù)的分析擬合,建立了考慮硫酸鹽侵蝕影響的混凝土抗壓強度衰減模型。(3)采用雙面剪切試件,對室溫下、硫酸鹽持續(xù)浸泡作用和硫酸鹽干濕循環(huán)作用下CFRP-混凝土界面粘結性能進行了試驗研究,分析了硫酸鹽侵蝕作用對CFRP-混凝土界面的破壞形態(tài)、極限承載力、應力和應變分布、有效粘結長度等性能參數(shù)的影響,同時探討了混凝土水膠比、粉煤灰摻量及界面粘結長度對界面力學性能的影響。試驗結果表明:a)經(jīng)硫酸鹽侵蝕作用后,界面的破壞形態(tài)發(fā)生了改變,隨著侵蝕時間的增加,界面破壞由界面以下混凝土層的破壞逐漸變?yōu)镃FRP-混凝土界面處破壞;b)經(jīng)硫酸鹽侵蝕作用后,界面極限承載力、CFRP最大應變值和界面最大剪應力等界面參數(shù)均隨著侵蝕時間的增加而下降,且隨侵蝕時間的增長其下降速率加快;c)采取減小混凝土水膠比、增加粉煤灰摻量等提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的措施后,可以提高CFRP-混凝土界面在硫酸鹽侵蝕環(huán)境中的耐久性能;d)經(jīng)硫酸鹽侵蝕作用后,界面有效粘結長度隨硫酸鹽侵蝕時間的延長而有所增加。(4)通過對界面承載力隨侵蝕時間的變化規(guī)律的回歸分析,引入硫酸鹽環(huán)境下承載力綜合影響系數(shù)(考慮了水膠比、粉煤灰摻量、硫酸鹽溶液濃度的影響),建立了考慮硫酸鹽持續(xù)浸泡和硫酸鹽干濕循環(huán)作用影響的CFRP-混凝土界面承載力模型。(5)通過對界面粘結-滑移曲線的歸納分析,得到了界面特征值(界面剪應力峰值及其對應的滑移量)和界面延性參數(shù)的計算表達式,在此基礎上建立了考慮硫酸鹽持續(xù)浸泡和硫酸鹽干濕循環(huán)作用影響的CFRP-混凝土界面粘結-滑移本構關系模型。
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU528
【圖文】：

圖 1.1 混凝土橋梁硫酸鹽侵蝕破壞本課題基于不同濃度硫酸鹽溶液，利用持續(xù)浸泡和干濕循環(huán)加速侵蝕試驗模鹽侵蝕環(huán)境，通過持續(xù)加載的雙剪切試驗，深入研究多種因素（混凝土水膠摻量、硫酸鹽溶液濃度、界面粘結長度、浸泡和干濕循環(huán)時間等）影響下 土界面粘結性能的力學特性及界面劣化機理，為西部硫酸鹽侵蝕環(huán)境下 CFR土結構設計與應用提供理論依據(jù)。RP-混凝土界面粘結性能試驗研究及理論研究現(xiàn)狀實際工程中，F(xiàn)RP-混凝土界面粘結性能的下降或界面的剝離破壞是引起 FR土結構承載力喪失的主要原因。因此，F(xiàn)RP 與混凝土之間良好的粘結性能是料共同受力和變形的基礎。目前，國內外學者通過實驗研究、理論研究或實論研究相結合的方法對 FRP-混凝土界面的粘結性能方面做了大量工作。

蘭州交通大學博士學位論文件的制作過程如下：由于樹脂膠不與塑料布粘結，因此在試件制作前在操作臺上鋪一 CFRP 布的初始寬度為 100mm，將 CFRP 布裁剪成長度為 100鋪在塑料布上。將樹脂膠均勻刷在 CFRP 片材上，用刷子在表面來回刷，確保粘一面刷完后再刷另一面。將刷好膠的試件放在室溫下固化 3~7 個手時進行下一道工序。對粘結樹脂不粘手時的整片片材進行裁剪，裁剪時按碳纖維股數(shù) 股，試件平均寬度約 16mm。為了使 CFRP 片材在加載過程中受力均勻，在試件兩端粘貼兩層片，加強片與試件同寬。制作好的試件在室溫下養(yǎng)護一周后再進行FRP 試件如圖 2.2 所示。

圖 2.3 CFRP 縱向拉伸測試系統(tǒng)CFRP 主要力學指標計算方法如下：1）抗拉強度按式（2.1）計算：btPbh （2.1式中：t 為抗拉強度；bP 為試樣破壞時的最大載荷； b 為試樣寬度； h 為試樣厚度。2）彈性模量按式（2.2）計算：tPlEbh l 或tPEbh （2.2式中：tE 為彈性模量； P 為載荷-形變曲線或載荷-應變曲線上初始直線段的載荷增量 l 為與 P 對應的標距 l 內的變形增量； 為測量標距； 為與 P 對應的應變增量。3）拉伸破壞伸長率按式（2.3）計算：100%btll （2.3）式中：t 為拉伸破壞伸長率；b l 為試樣破壞時標距 l 的總伸長量。

【參考文獻】

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本文編號：2781968