采用真空輔助樹脂灌注成型工藝（VARI）制作了CFRP,將CFRP和鋼板利用環(huán)氧樹脂膠黏結起來,制備了CFRP/鋼板單搭接剪切接頭。利用MTS液壓伺服高速機測試了試件在恒定動態(tài)加載速率（0.625 m/s）和不同溫度（-25℃,0℃,50℃,100℃）作用下的力學性能。試驗結果表明,接頭的拉伸剪切性能（黏結強度、界面斷裂能、剪切剛度）與溫度具有相關性。在一定的范圍（-25⁵0℃）內(nèi),隨著溫度的升高,接頭的黏結強度和界面斷裂能隨之增大,但當溫度超過環(huán)氧樹脂膠的玻璃轉(zhuǎn)化溫度時,接頭的黏結強度和界面斷裂能急劇下降。不同溫度下的破壞模式有所不同:在低溫（-25℃和0℃）時,接頭的破壞模式表現(xiàn)為鋼板與膠層之間的界面破壞;在50℃時,接頭的破壞模式表現(xiàn)為部分膠體分別殘留在CFRP和鋼板的混合破壞;當溫度達到100℃時,接頭發(fā)生膠層與CFRP之間的界面破壞。最后,通過數(shù)字圖像相關技術（DIC）對不同溫度下試件的搭接區(qū)域的FRP應變場進行了分析,結果表明搭接區(qū)域端部的應變大于內(nèi)部的,且試件的破壞也從端部開始發(fā)生。 

【文章來源】：土木工程學報. 2016,49(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

CFＲP/鋼板單搭接接頭的示意圖

侍猓?南祝?，10，14］報道了膠黏層厚度影響接頭的承載能力。為了精確控制膠黏層的厚度，采用文獻［5］的裝置，并將試件的膠層厚度設定為1．00mm。實際上，最后制備的試件膠層厚度與設定的厚度有微小的差別(見表2)，最大相差0．08mm。實際膠層厚度可以由下面公式得到:ta=ttotal－tsteel－tCFＲP(1)式中:ta為實際膠層厚度;ttotal為總厚度;tCFＲP為CFＲP的厚度;tsteel為鋼板的厚度。1．3測試方法本試驗在美國亞利桑那州立大學結構/材料實驗室的MTS液壓伺服高速機上完成，試驗儀器如圖2所示。該儀器的量程為20kN，加載速率最高可達14m/s［15］，通過調(diào)節(jié)閥門，可以控制加載速度。試驗前先調(diào)節(jié)閥門，使測試拉伸速度為預定速度后，再安裝試件，進行試驗。夾具由不銹鋼制成，通過楔形塊可以有效夾緊試件，避免試件在拉伸測試的過程中發(fā)生滑移。環(huán)境箱采用電阻絲加熱和液氮制冷，工作溫度范圍為－60℃～200℃，環(huán)境箱內(nèi)置風扇，可使箱內(nèi)溫度均勻變化。本試驗選取4組溫度(－25℃，0℃，50℃，100℃)，在沖擊速度為0．625m/s下進行測試。圖2試驗裝置(MTS液壓伺服高速試驗機)Fig．2Experimentalfacility(MTSservo-hydraulichigh-ratetestingmachine)同時采用Phantomv7．3高速相機對試件的變形和破壞全過程進行記錄，該相機的采集頻率為20000幀/s，所采集的圖片用于后續(xù)基于數(shù)字圖像相關性分析的應變測量。2試驗結果及分析2．1溫度試驗盡管碳纖維在高溫下仍然保持高強度［16］，但是大多數(shù)的有機物對溫度異常敏感，當超過其玻璃轉(zhuǎn)化溫度時，力學性能會顯著降低［9］。目前大部分關于FＲP與鋼板的界面力學性能的研究使用雙組分環(huán)氧樹脂作為黏結劑，其熱穩(wěn)定性不理想，對溫度表現(xiàn)出很?

第49卷第8期朱德舉等·動態(tài)拉伸荷載下溫度對CFＲP/鋼板單搭接剪切接頭力學性能的影響·31·圖3不同溫度下的黏結應力-位移曲線Fig．3BondStressvs．Displacementcurvesatdifferenttemperatures黏結劑的內(nèi)聚強度和黏結劑與鋼材之間的黏結強度提高，但溫度超過了黏結劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度之后，這種增強的效應就不會再出現(xiàn)，強度就會下降［7］。由圖4(a)可知，當溫度從－25℃上升到50℃時，黏結強度由4．50MPa±1．23MPa增大到7．54MPa±1．91MPa，增幅為67．5%，而從50℃上升到100℃，黏結強度則由7．54MPa±1．91MPa降低到5．22MPa±3．02MPa，減幅為30．7%。并且可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的上升，黏結強度的離散性更加大。相似地，當溫度從－25℃升高到50℃，試件的界面斷裂能由2．03MPa·mm增大到5．34MPa·mm，增幅為163%，當溫度從50℃升高到100℃，界面斷裂能則由5．34MPa·mm降低到4．88MPa·mm，減幅為8%。由此可以推測出，Sikadur330膠的玻璃轉(zhuǎn)化溫度應當介于50℃和100℃之間。根據(jù)制造商提供的Sikadur-330產(chǎn)品數(shù)據(jù)表(ProductDataSheet，Edition13/6/2006)，該膠的適用溫度范圍是－40℃至50℃。文獻［17］給出了Sikadur330制成樣品的DMA測試分析結果，得到玻璃轉(zhuǎn)化溫度為63．1℃。圖4(c)還給出了溫度和試件剪切剛度之間的關系，從總體趨勢來看，CFＲP/鋼板單搭接頭的剪切剛度隨著溫度的上升而下降。這與文獻［7］中多組溫度的接頭剛度的變化是相似的。在本試驗中，圖4溫度對接頭力學性能的影響Fig．4Temperatureeffectonthemechanicalpropertiesofsingle-lapjoints剛低溫(－25℃)時，CFＲP/鋼板單搭接接頭的剪切剛度最大，平均值為7．78MPa/mm。而在高溫100℃時，剪切剛度最小，平均值為2．52MPa/mm，減少了67．6%。可以

【參考文獻】：
期刊論文
[1]板厚、溫度和速度對單搭接膠接接頭強度的影響[J]. 陳煊,李玉龍,史飛飛,趙海燕,馬嘯.  爆炸與沖擊. 2009(05)
[2]碳纖維布加固鋼結構的黏結性能研究[J]. 楊勇新,岳清瑞,彭福明.  土木工程學報. 2006(10)
[3]碳纖維布與鋼板黏結剪切性能研究[J]. 盧亦焱,張?zhí)栜?劉素麗.  土木工程學報. 2006(10)



本文編號：3128203