CFRP-混凝土界面特性试验研究

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纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,简称FRP)作为一种新型的建筑材料,由于其轻质、高强、耐腐蚀等优点,受到建筑工程领域的广泛关注。目前,FRP用于建筑结构组合主要是通过环氧树脂将FRP与混凝土粘结成一个整体,形成一个统一受力的系统。在此系统界面中,破坏形式往往为粘结滑移造成的剥离破坏,而这种剥离破坏属于脆性破坏,发生前无明显征兆,破坏时FRP上的应变处于较低水平,剥离破坏的产生会造成粘结性能的降低以及材料的浪费。为了更准确预测FRP-混凝土的剥离破坏,必须分析其相应的界面粘结特性。本文以CFRP板材与混凝土的粘结界面作为研究对象,通过单剪试验对不同粘结长度、板材宽度、板材厚度、粘结方式及胶体养护周期作用下的界面粘结性能进行了研究,为FRP加固混凝土构件的研究和设计提供了实验依据。本文主要的内容及工作如下:(1)采用了新型光测法—数字图像相关方法测量FRP—混凝土试件的全场位移,通过平滑与拟合两种方法得到了界面的粘结滑移关系。研究结果表明:与传统电测法相比,数字图像相关方法能够获取更全面的位移数据;将传统电测法测得数据与之进行对比,发现该测试方法和数据处理方法具有足够的可靠性。(2)为了配套光测法的测试及解决单剪试验易偏心的问题,本文研制了手动双作用穿孔式油压千斤顶、特制定位夹具、升降小车等系列装置。该套装置优势在于能够手动调控加载速率,及时记录光测位移数据,并且成功避免了安装及加载过程中存在的偏心问题,保证了试验顺利的进行。(3)通过单剪试验,分析了各参数影响下的极限荷载、板条利用率、残余摩擦力(率)、平均粘结应力及破坏形态,探讨了FRP—混凝土界面应变的分布、界面应力的传递、界面滑移的演变规律以及界面粘结—滑移机理,提出考虑各参数影响下的粘结滑移模型。试验结果表明:外贴式的试验数据与已有双线性粘结滑移模型吻合较好,而内嵌式的试验数据与已有含指数软化粘结滑移模型吻合较好。(4)建立了基于线弹性理论的FRP—混凝土的强度模型。该模型特点是包含了相应的粘结滑移关系,通过将极限荷载的实验值与理论值进行对比,再次验证了外贴式适用于双线性粘结滑移模型,内嵌式适用于含指数软化粘结滑移模型。
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