【摘 要】
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碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)因轻质高强、抗疲劳和耐久性等特性在土木工程结构的加固修复领域得以普遍应用。而胶接CFRP-钢体系的性能表现对温度十分敏感。以往研究将该体系做为整体考虑,而较少从其具体材料及结构组成上对温度进行研究。且既往研究完全依赖于大量的试验来描述该体系的力学性能表现,研究成本较大。本文以课题组开发的耐高温胶粘剂及
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碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)因轻质高强、抗疲劳和耐久性等特性在土木工程结构的加固修复领域得以普遍应用。而胶接CFRP-钢体系的性能表现对温度十分敏感。以往研究将该体系做为整体考虑,而较少从其具体材料及结构组成上对温度进行研究。且既往研究完全依赖于大量的试验来描述该体系的力学性能表现,研究成本较大。本文以课题组开发的耐高温胶粘剂及已有研究中报道的常用结构胶粘剂为基础,对胶粘剂的热力学性能和胶接CFRP-钢板的温度力学性能进行了试验研究及损伤模拟研究。具体工作如下:1、对四种环氧胶粘剂在不同温度下准静态拉伸及动态热力学性能进行了试验,研究了环氧胶粘剂静、动态力学性能的温度影响规律及其耐高温性能评价方法。2、通过试验得到了高性能耐高温环氧胶粘剂HJY胶的热力学性能及其高效率固化制度。开展了不同温度条件下HJY粘接剂胶接CFRP-钢板试件单向拉伸试验,获得了其在不同温度下的力学性能,证明了 HJY粘接剂胶接CFRP-钢体系具有较好的耐高温性能,能够在需耐受高温的土木工程结构中应用。3、基于复合材料领域及连续损伤力学成果,考虑胶接CFRP-钢板中不同材料及结构组成的损伤失效,研究了其损伤力学模拟方法;进而应用该模拟方法,基于ABAQUS/Explicit平台建立了细观层面的胶接CFRP-钢接头损伤力学有限元模型,并进行了计算;损伤模型模拟结果与试验结果吻合良好,验证了本文所提出的胶接CFRP-钢接头的受力全过程损伤力学模拟方法的有效性。4、对胶接CFRP-钢板的高温力学行为开展了模拟研究,得出了工作温度及养护条件对胶接CFRP-钢板的高温力学力学性能的影响规律:随着试验温度升高,CFRP表面应变分布将变广,且界面剪应力峰值下降,接头力学性能劣化;提高养护温度及高温养护时长,能够使其剪应力峰值上升,界面传力效率提高。研究成果可为胶接CFRP-钢结构设计提供参考。
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